太阳系的起源和演化

关于太阳系的起源问题，核心是回答太阳系的行星及其卫星、小行星、彗星等天体是怎么起源的，而不是回答太阳的起源问题。因为作为恒星的太阳，它的起源与一般恒星的起源大同小异。

太阳系运动特征和结构特征总结

1、在太阳系中，太阳质量占太阳系总质量的绝大部分（99.8%），其他天体的质量总和只有太阳的约0.2%。太阳引力控制着整个太阳系，其他天体都在绕太阳公转。

除太阳外，太阳系的主要成员是大行星，在这个意义上，太阳系是一个“行星系”。

大行星根据其性质不同可分为三类：类地行星、巨行星、远日行星。

2、大行星在接近同一平面的近圆形轨道上，朝同一方向绕太阳公转，这就是行星运动的共面性、近圆性、同向性。

大质量行星的共面性、近圆性的特征更明显，而小质量行星的共面性、近圆性特征略差一点。

3、三类行星的平均密度分布特点是，类地行星最大，远日行星次之，巨行星最小。行星质量、体积大小的分布是，巨行星最大，远日行星次之，类地行星最小。

4、大行星与太阳的距离具有规律性，可由提丢斯-波得定则表达。

5、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星的自转周期为几小时、一天左右，水星、金星的自转周期很长，分别为58.65天和243天。多数行星自转方向与公转方向一致，但金星是逆向自转的，天王星是侧向自转的。

6、太阳系中，质量占99.8%以上的太阳的角动量只占太阳系总角动量的1%左右，而质量不到0.2%的其他天体的角动量却占99%左右。

7、除了水星和金星，其他行星都由卫星绕转，构成卫星系统。巨行星卫星最多，远日行星次之，类地行星最少。土星、木星、天王星有环。

8、在火星和木星轨道之间，有许多小行星，其质量约等于地球质量的万分之四，而且质量越小，小行星数目越多。小行星的轨道倾角和偏心率彼此相差较大，自转周期多为2小时至16小时。在地球轨道附近、木星轨道附近，甚至土星与天王星轨道之间也发现有小行星。有几颗小行星有自己的卫星。

9、已发现约2000颗彗星，它们的轨道倾角、偏心率彼此相差很大，有些彗星轨道是抛物线，有些是双曲线。有些彗星是逆向绕太阳运动。

10、太阳系中还有数量众多的流星体，有些流星体是成群的。已经证实有些流星群是彗星瓦解的产物。

落到地面的流星体（陨星）的成分有差异，可分为石质陨星、铁质陨星、石铁质陨星。

行星际空间还分布有稀疏的微尘粒和气体，集中于黄道面附近，黄道光与此有关。

太阳系起源学说分类

对行星的物质来源和行星的形成方式的看法不同，有三类不同的太阳系起源学说：

1、灾变说——行星物质是因某一偶然的巨变事件从太阳中分离出来的，如当银河系中的一颗恒星走进（或碰撞）太阳时，从太阳中分离出的物质形成了行星。

2、俘获说——太阳从恒星际空间俘获的物质形成了原始行星云，行星云后来形成了行星。

3、共同形成说——整个太阳系所有天体都是由同一个原始星云形成的，星云的中心部分物质形成太阳，外围物质形成行星等天体。

俘获说和共同形成说的共同点是，行星是由星云集聚而成，因此这两种学说合称为星云说。

关于行星的形成方式，大致有四种看法：

①先形成环体，然后由环体再形成行星；

②先形成很大的原行星，原行星演化成行星；

③先凝聚成大大小小的固体块——星子，星子再集聚形成行星；

④先形成湍涡流的规则排列，在次级涡流中形成行星。

康德-拉普拉斯星云说

最早科学地提出太阳系起源学说的是德国哲学家、天文学家康德。

1755年，康德发表《自然通史和天体论》一书，首先提出太阳系起源星云说。康德在书中指出：太阳系是由一团星云演变来的。这团星云由大小不等的固体微粒组成，“天体在吸引力最强的地方开始形成”，引力使微粒相互接近，大微粒吸引小微粒形成较大的团块，团块越来越大，引力最强的中心部分吸引的微粒最多，首先形成太阳。外面的微粒在太阳吸引下向中心体下落时，与其他微粒碰撞而改变方向，成为绕太阳的圆周运动，这些绕太阳运转的微粒逐渐形成几个引力中心，最后凝聚成绕太阳运转的行星。卫星的形成过程与行星相似。

康德认为，彗星是在原始星云的外围形成，太阳对它们的引力较弱，所以彗星轨道的倾角多种多样。行星自转是由于落在其上的质点撞击所产生的。康德还用行星区范围的大小解释行星的质量分布。

由于当时形而上学自然观的排斥，康德的理论并没有引起人们的注意，长期被埋没。直到1796年，法国著名数学家和天文学家拉普拉斯（P. S. Laplace）在他的《宇宙体系论》一书中，独立地提出了另一种太阳系起源的星云假说，人们才想起41年前康德已提出此理论，因而后人把此学说称为康德-拉普拉斯学说，也就是人们常说的康德--拉普拉斯星云假说。整个十九世纪，这种学说在天文学中一直占有统治的地位。

拉普拉斯的星云说认为，形成太阳系的云是一团巨大的、灼热的、转动着的气体，大致呈球形。由于冷却，星云逐渐收缩。因为角动量守恒，收缩使转动速度加快，在中心引力和离心力的共同作用下，星云逐渐变为扁平的盘状。在星云收缩中，每当离心力与引力相等时，就有部分物质留下来，演化为一个绕中心转动的环，以后又陆续形成好几个环。最终，星云中心部分凝聚形成太阳，各个环则凝聚成各个行星。较大的行星在凝聚过程中同样能分出一些气体物质环来形成卫星系统。

康德的星云学说主要是从哲学角度提出的，而拉普拉斯则从数学、力学角度充实了星云学说。

由于拉普拉斯在学术界的威望，以及他对星云学说的严谨论述，使得星云说在十九世纪被人们普遍接受。

当然，由于科学发展水平的限制，康德-拉普拉斯的星云学说存在不少缺点和错误。但就总体而言，这个学说的基本思想应该说是正确的。

其他太阳系起源学说

十九世纪末到二十世纪四十年代初，由于星云说无法解释太阳系的角动量分布问题，各种灾变说一度盛行起来。

关于太阳系起源的第一个灾变说是由法国动物学家布丰于1745年提出的。布丰受1680年大彗星接近太阳一事的启发，设想曾有一巨大的彗星掠碰到固态太阳的边缘，使太阳自传，同时碰出一些物质绕太阳旋转，这些物质最后形成行星。

这个学说否认上帝创世，一度影响很大，但在科学上它有明显的错误。如，彗星的质量比地球要小很多，即使碰到太阳，也不可能碰出多少物质；太阳也不是固态表面；等等。

1900年，美国地质学家张伯伦提出了“星子说”。后来他和美国天文学家摩尔顿合作，修改和完善了这个学说。

他们设想，以前有一颗恒星运行到离太阳只有几百万公里的地方，在太阳的正面和反面掀起两股巨大的潮。从太阳喷出的物质逐渐汇合形成一个围绕太阳的气盘，然后凝聚成许多