太阳系是怎么诞生的?一定要准确
太阳系是怎么诞生的?
一定要准确
太阳系是怎么诞生的?一定要准确
太阳系是怎么诞生的?
一定要准确
太阳系的诞生
无论宇宙多么壮丽辽阔,深邃莫测,我们总不能永远沉湎于
它的宏伟之中.我们必须回到我们生活的星球小家族中来,回到
我们的太阳以及环绕着太阳的星球上来.
到了牛顿时代,人们已经能够把地球和太阳系的产生作为整
个宇宙产生问题中的一个单独问题进行理智的推测.(太阳是构
成我们银河系的亿万颗恒星中的一颗,而地球是环绕着太阳的行
星中的一个.太阳系的示意图表明,太阳系是一个具有某些统一
特征的结构.
1.所有的大行星几乎都在太阳的赤道面上环绕着.换句话
说,如果你给太阳和它的行星做一个立体模型的话,你就会发现
这个模型可以做得正好放进一个非常浅的平底锅上.
2.如果你从北极星方向往下看太阳系的话,所有的大行星
都以相同的方向——逆时针方向绕着太阳转动.
3.各个大行星在绕太阳公转的同时,还绕自己的轴逆时针
方向的自转(有某些例外);太阳本身也在逆时针方向自转.
4.这些行星离太阳的距离平稳地增加,而且都有近乎圆形
的轨道.
5.除了某些例外,所有的卫星都在其各自的行星赤道面上,
以近乎圆形的轨道沿着逆时针方向绕行星运行.
这张图中的普遍规律性使人们自然而然地认为,整个太阳系
是由某种单一的过程产生的.
那么,太阳系的生成过程是怎样的呢?到目前为止,所提出
的全部理论可以分为两类:灾变说和演化说.灾变说的观点是,
太阳是单独生成的,在其历史上的某个较晚的阶段,由于发生了
某个激烈的事件,结果使太阳得到了一个家族.演化说则认为,
太阳和行星,整个系统从一开始就是以有条不紊的方式形成的.
在18世纪,当时科学家们仍迷惑于圣经故事中的大洪水之类
巨大事件,因此认为地球的历史充满着激烈的灾变的假说颇受欢
迎.那么为什么不能有一次超级大灾变来开始这整个过程呢?法
国博物学家布丰1745年提出了一个流行的理论,认为太阳系是太
阳和一个彗星在一次相撞时产生的碎片生成的.
布丰当然指的是太阳和另一个具有相当质量的天体的碰撞,
他之所以称这个天体为彗星是由于想不出别的名称.我们现在知
道,所谓彗星,其实是被几缕极稀薄的气体及尘埃包围着的微小
天体.但布丰的理论仍然可以存在,只要我们给碰撞的天体另起
一个名字就行了.后来,天文学家们又回到了他的想法.
虽然如此,对某些人来说,把引起太阳系诞生的过程,设想
成一个时间很长很长的非灾变的过程,似乎更为自然,更少偶然
性.这种想法能以某种方式适应牛顿所提出的支配宇宙中星球运
动的自然定律.
牛顿自己曾经提出,太阳系可能是由稀薄的气体尘埃云在万
有引力的作用下逐渐凝聚而成的.当这些粒子聚集在一起时,引
力场会增强,从而会加速凝聚,最后,整个质量就会坍缩成一个
致密的天体(太阳),收缩所释放的能量使天体变得炽热.
实质上,这是今天有关太阳系起源的一些最流行的理论的基
础.但是要回答一些具体问题,还有许许多多困难的问题需要解
决,比如说,高度离散的气体怎么能被非常微弱的引力聚集在一
起呢?近几年来,天文学家提出,这一起始力可能是一次超新星
爆发.设想一大片数十亿年来没有多大变化的气体尘埃云,恰巧
行经一颗刚刚爆发的超新星周围,爆发产生的激波和巨大的尘埃
气体风暴强行冲入那片接近宁静的气体尘埃云,增强了它的引力
场,开始了它的凝聚,结果就形成了一颗恒星.
示意图:形成太阳系的原始星云
如果这就是太阳诞生的方式,那么行星又是如何产生的呢?
它们是从哪里来的呢?1755年康德首先试图解答这个问题,1796
年法国天文学家兼数学家拉普拉斯也试图独立地解答这个问题.
拉普拉斯描述得比较详细.
根据拉普拉斯的描述,开始时这一大团收缩的物质云在旋转
着,越收缩旋转得越快,正如滑冰的人把手臂内收时旋转得更快
一样.(这种效应是由于角动量守恒:角动量等于转动物体的转
动惯量I和角速度ω的乘积,即Iω.对于不受外力作用的给定
物体,总角动量为恒量.当滑冰者双臂收回时,转动惯量I减小,
角速度ω增大,所以旋转得更快.)当这团旋转的气体尘埃云加
速后,按照拉普拉斯的说法,会从其快速旋转的赤道上抛出一个
物质环,从而减少了一些角动量,剩下的气体尘埃云就慢下来.
但是因为它进一步收缩,它就会再一次达到那个速度;使它抛出
另一个物质环.这样,正在聚结中的太阳就留下一系列的圆环——
轮胎状的物质云.拉普拉斯认为,这些圆环逐渐凝聚成行星,而
它们自身也按着这个过程抛出一些小圆环,形成它们的卫星.
因为根据这个观点,太阳系的起源乃是一团云或星云,同时
因为拉普拉斯曾举仙女座星云为例(当时还不知道仙女座星云是
一个巨大的星系,而被认为是一团旋转着的气体尘埃云),所以
这种说法被称为星云假说.
拉普拉斯的星云假说看起来非常符合太阳系的主要特征——
甚至某些细节.比方说,土星的光环很可能是凝结不起来的卫星
环(如果把这些环聚集在一起,的确能够形成一个相当大的卫星).
同样,在火星和木星之间的一条带区里绕着太阳运转的小行星,
可能是一个环的一些节段的产物,这个环未能聚合成一个行星.
而当亥姆霍兹和开尔文勋爵逐步建立起太阳的能量来自太阳慢速
收缩的理论时,他们的理论似乎也符合拉普拉斯的说法.
星云假说盛行了大半个19世纪,但在19世纪结束之前却出现
了明显的致命缺陷.1859年,麦克斯韦以数学的方法分析土星环,
发现由任何物体抛出的气体物质环只能凝结成像土星环那样的小
粒子集合体,永远不会形成一个固体,因为万有引力会把环拉