太阳系的起源与演化

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1、太阳系的起源与演化太阳系是太阳、九大行星及其卫星、小行星、彗星及行星际物质构成的天体系统。1、中心天体太阳的质量占整个系统的99.8％，其他天体都在太阳引力作用下围绕太阳运动。2、太阳系主要成员九大行星都在接近同一平面的近圆形轨道上，朝同一方向绕太阳运转，称行星运动的共面性与同向性(金星有点例外)。3、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％的其它天体的角动量的总和却占99％左右，此外还有许多小行星、彗星。如何合理地解释这些特征，一直是太阳系起源理论面临的挑战。1957年第一颗人造卫星上天开创了宇宙航行

2、的时代。60年代，阿波罗登月计划成功实施，70年代以来“水手号”、“金星号”、“先驱者号”、“海盗号”、“旅行者1、2号”、“卡西尼号”对各大行星的近距观察，“乔托号”对哈雷彗星的穿越飞行，“探路者号”在火星上的成功登陆，这些航天器所积累的有关太阳系天体物理性质和化学组成的珍贵资料，为人类更深入地认识太阳系的起源和演化奠定了良好的基础。关于太阳系的形成和演化，至今还没有一个能完全说明全部观测事实的学说。历史上有很多人提出过太阳系起源与演化的理论约40余种，归纳起来不外乎三类：突变说，所有灾变说的共同特点是认为行星物质来自某种偶然事件。最典型的看法是某恒星

3、与太阳相遇或经过太阳近傍，潮汐力使太阳和恒星变形，拉出一系列碎块，然后逐渐分裂收缩成行星系统。这类学说的致命弱点是太阳与恒星相遇的可能性能很小。据估计太阳与其它恒星接近的几率为1015年才可能发生一次，而直接相遇的可能性更小，这时间已远远大于宇宙的年龄，因此，这种灾变是极不可能的。俘获说，其特点是认为行星物质是在太阳形成之后由它走过的区域俘获来的。流行的看法是太阳曾穿越某一星际物质云块，穿越过程中俘获了一部分星际物质，最后由这些物质凝聚成为行星系统。这类学说的缺点除无法解释角动量分布问题外，更严重的问题是：虽然太阳与星云相遇的机会比和恒星相遇机会多一些，

4、但也不容易发生，何况对星云物质的俘获很难达到行星系统所需要的物质总量。因此俘获说也是极不可能的。共同形成说：目前天文学家趋于一致的看法是太阳和行星系统共同形成的学说。大约50亿年前，太阳系还是一团弥漫的缓慢转动的气体云。由于其它天体的引力扰动或邻近超新星爆发的影响，这块气体云开始坍缩，稠密的核心变为原始太阳，周围旋转的尘粒和气体原子，形成一个薄盘──原太阳星云。原太阳星云会分裂成大量引力束缚团块(称星子)。星子具有小行星的尺度，其中一部分就是今天的小行星和彗星核，另一部分通过碰撞合并长大成星胚。这些星胚继续吸积周围物质，像滚雪球一样最后变为大行星及其卫星

5、。这些天体均由围绕太阳旋转的薄盘内的物质组成，因此自然是共面及同向的，而金星的逆向自转等特例可以用潮汐力来解释。不同类型的物理和化学性质上的差异也不难理解，靠近太阳的内区，只有难熔的岩状物能留存下来，气体及易挥发的冰类物质都跑掉了。因此类地行星质量较小，密度较高。在太阳系外区，由于温度低得不能使冰类物质融化，在那里可以形成质量较大，能保留住氢、氦等物质。因而密度较低。彗星则可能是在太阳系边界处累积起来的原始物质。研究太阳系起源和演化的困难之一在于我们仅此一个样本，不能像研究恒星演化那样，采用众多的样本进行比较研究，然而随着观测技术的迅猛发展，这一状况最近

6、有了转机。红外天文卫星发现织女星周围有尘埃环，某些恒星有小质量伴星，有的恒星也有行星系统。这些新发现告诉我们，太阳系并非“独生子”，它有众多的兄弟姐妹，看来用比较方法揭开太阳系起源与演化奥秘的日子正在一天天向我们走来。恒星的形成、演化与归宿在恒星起源的问题中，现主要有两种观点：一种观点认为，恒星是由弥漫物质凝聚形成的，称弥漫说；另一种观点认为，恒星是由超密物质爆发形成的。不过越来越多的观测证据支持“弥漫说”，因而逐渐为绝大多数天文学家公认。观测表明，星际空间存在着许多气体和尘埃物质，其中最丰富的是氢，密度仅为每立厘米不到一个氢原子。在引力作用下，这些弥漫

7、物质收缩成星际云，密度为每立方厘米一百到上万个氢原子，温度仅几十度。引力使星际云很快收缩，因为星际云密度小、温度低、气体压力很弱，物质几乎是向中心自由降落。星际云在快收缩过程中，往往逐渐碎裂成好多小云，每个小云以后单独形成一个恒星，因此恒星通常是成群形成的，如果气体云起初有足够的旋转，在中心天体周围就会形成一个如太阳大小的气尘盘，盘中物质不断落到称为原恒星的中央天体上。收缩过程中，物质释放出的引力能使原恒星变热，当中心温度上升到1000万度时，就产生热核反应，这时热核反应产生的向外辐射压力极大地阻止物质进一步向内收缩，若两者达到平衡，则我们就说一颗恒星诞

8、生了，所以恒星的质量是有一定范围的，一般在0.1至100个太阳质量(1太阳质量＝