太阳系的形成与演化

太阳系的形成与演化

太阳，一个美丽而神秘的星球，千百年来一直伴随着我们，有了太阳，才有了我们今天多姿多彩的世界，是她，带给我们温暖和光明，也是她，让我们的地球生生不息……而关于太阳和太阳系的形成与演化问题，一直是人类不懈探索的重要课题之一，那么，就我们目前的认识而言，太阳系是怎样形成的呢？

二十世纪以来，人们的天文学知识越来越丰富，并且认识到，在广阔的宇宙中，发生恒星相遇情况的可能性极小。五十年代以后，又提出了许多新的学说，这些学说大部分都是以星云假说为基础的学说。八十年代后期以来，科学家们对太阳系起源有一个倾向性的认识，我们将这个倾向性的认识合理地细分为若干个演化阶段，加上深入地分析。太阳系的起源会非常清晰地展现在我们面前。

星云演化阶段：太阳也是由星云物质演化来的，它处在距离银河系中心2.7万光年的猎户旋臂上。在46-50亿年之前，星际弥漫物质分布不均匀，物质的密集区成为星际云。在外界因素的触发下，星际云发生自吸引收缩。当密度足够大时，星云际云出现不稳定，瓦解成为多个小星云。其中猎户臂上的一块小星云，质量约为1.03M⊙，该星云就是以后演化成太阳系的星云。该星云中心温度100K，其余大部分的温度均在10K以下。初始角动量2×1052～5×1052克·厘米2·秒-1。

星子演化阶段：当太阳星云极度收缩，大多星云物质范围在1～3万个天文单位，有98％以上的物质都已收缩到一个天文单位内时，太阳系星云进入星子演化阶段。

在这个演化阶段，大多数太阳系起源理论,对星云中心由星云物质收缩成星子，再由星子聚集质点形成太阳的观点没有异议。

太阳—地球形成阶段：在这个阶段的开始，99％以上的太阳星云物质聚集起来，形成了太阳的雏星。其密度约在1.35克/厘米3，它聚集了太阳系50％的角动量，由于物质的聚积，分子碰撞加剧，中心温度已达到6000K以上。

在太阳的周围这时候先后生成了四个行星，它们是：

1、水内星（Inmercury）：因为现在这颗星已经不存在。其名暂定为水内星（不是Vulcan）。它的质量大约是160个地球单位（现在的地球质量＝1个地球单位）。密度为1.34克/厘米3左右。它运行在距离太阳2900万千米的轨道上。

2、水星：这颗水星并不像现在的水星。它的质量约110个地球单位，密度亦为1.34克/厘米3。这颗水星运行在离太阳7000万千米的轨道上。

3、金星：它当时的质量是70个地球单位，密度1.34/厘米3，轨道距离太阳1.1亿千米。

4、地球：当时的质量为50个地球单位，密度为1.33克/厘米3，轨道为1.5亿千米。

它们的运行轨道基本是圆型。由于形成行星的旋臂外缘物质的角

动量略大于内缘物质的角动量，内、外两个角动量的差变成行星自转角动量。所以以上形成的行星都具有绕太阳公转方向相同的自转。

关于水内星存在的理由，分析一下水星到火星的轨道特性就可以得到启示。关于形成的各行星的体量，有许多证据可以证明，当时可以有很大的质量。例如：水星现在的物质丰度和质量，如果将它们分散在水星轨道的范围以内，这些物质无论用什么办法也不能将其聚集成现在的水星。在地球上，各大洋底锰结核的存在和海水中丰富的铀含量都说明，如果地球的体量从形成时到现在就没有改变，那么对这些现象根本就无法解释。

火星—小行星形成阶段：在这个演化阶段开始，太阳表面温度已达到3000K左右。太阳内部已开始有小规模的核聚变。形成的各大行星由于收缩，自转开始加快，氢、氦元素已全部气化。太阳的热辐射驱动着散落在各大行星轨道间的剩余物质和逃逸出行星控制的氢、氦等物质，并将它们推向火星轨道和小行星轨道。

木星—土星形成阶段（太阳核聚变爆发阶段）：这个阶段是太阳系形成过程中非常重要的一个阶段。现代的太阳系起源理论都认为，强大的太阳辐射和太阳风将星云轻物质推到外行星处。至于怎样推的和演化到什么时间将轻物质推出去的，所有太阳系起源说都未对其定位。这个推出去的过程是一个非常实际的过程，也是研究太阳系起源的值得重视的过程。这个过程必然与太阳核聚变爆发同时开始。

在这个阶段里太阳由于收缩，内部的高温终于引发了整个太阳的氢核聚变活动。强大的核聚变辐射带着太阳风扫过了前面几个阶段所形成的所有的星体和星子。

天王星—海王星形成阶段：在这演化阶段的开始前，太阳进入了一个灾变性阶段，该灾变可以称为太阳角动量灾变期。

当弥漫星云塌陷为一个恒星胚时，星云物质带有大量的转动角动量聚集到星体，聚集的初期角动量分布分散。恒星胚转动较慢，当恒星核聚变产生之后，大部分物质都被气化或电离时，较重物质急速向恒星中心聚集，轻物质浮向恒星表面，因角动量守恒，恒星转速越来越快。

对于较大的星云团，形成恒星前的旋转速度较快，其聚集后星体含角动量极大，核聚变产生后，星核还没完全形成。为了克服巨大的角动量转速，恒星会分裂为双星，或者是聚星。银河系中就有许多这样的恒星结构。

对于有较少量角动量的恒星，在恒星形成的年青阶段都有一个天文学称之为金牛T型阶段。在这个阶段，由于恒星聚集很大角动量，经过演化恒星开始快速地旋转，再加上恒星剧烈地核聚变，使恒星沿赤道表面会抛射出大量的物质。这些抛射出的物质带走大量的恒星自转角动量。金牛T型阶段结束后恒星进入了赫罗图（H—Rdiagram）的主序星阶段。又有，恒星的较差自转现象和太阳风（有质量的太阳抛射物）也要损耗大量的角动量，使其后的恒星自转速度越变越慢，恒星的自转角动量亦越来越少。

这些金牛T型阶段的太阳抛射物，最先访问的是水星，而且也很频繁，聚集后不长时间，就完全气化，然后又脱离了水星。由于这些物质击中水星的方向较正，使水星的自转几乎等于同步自转。块状物对金星的撞击角度不同水星，这些大块抛射物的撞击，使金星的自转变为慢速地逆方向转动，这个撞击角和对水星的影响可以用作图法得出，也容易理解。这些抛射物能块状地访问地球、火星的可能性很小，所以就不会对这些星体造成什么重大影响。在黄道面内的这些抛射物，最后都被太阳的辐射和太阳风推到木星、土星轨道，也有的被该轨道上的星子所俘获。

太阳赤道与黄道有7度多的夹角。太阳的金牛T型段的赤道抛射物有很大一部分被抛射出原太阳星云盘黄道面。这些抛射物，经由黄道盘的上、下飞越水星、金星......木星、土星。这些抛射物质在旋转盘上群星引力的作用下，落在天王星的轨道上，被那里的星子俘获，然后积聚为天王星。这些抛射物的运动轨迹可用万有引力定律推出。

也许太阳向云盘上、下抛射的物质量并不相等，也许抛射的物质在云盘上、下运行的距离有差异。所以它们形成的星子都会有水平于黄道平面的自转。当变得更大的星子聚集起来形成天王星时，该星是一颗基本躺着转动的星，星内有大量的放射性物质，也说明该星大部分物质直接来自已经核聚变的太阳。

有一些抛射物质因为没有被天王星子俘获，在星云盘处穿越天王星轨道，由于惯性，又运行一段距离，在星盘的引力的作用下，从另一面落入海王星轨道，被海王星轨道的星子俘获。因为它们的运动轨