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  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

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2020-05-17 02:01
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马晓东

  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

2020-05-17 02:06:10

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