太陽(yáng)系的構(gòu)成和起源

1、精品文檔太陽(yáng)系的構(gòu)成和起源.txt 愛(ài)，就大聲說(shuō)出來(lái)，因?yàn)槟阌肋h(yuǎn)都不會(huì)知道，明天和意外，哪個(gè)會(huì)先來(lái)！石頭記告訴我們：凡是真心愛(ài)的最后都散了，凡是混搭的最后都團(tuán)圓了。 你永遠(yuǎn)看不到我最寂寞的時(shí)候， 因?yàn)樵诳床坏侥愕臅r(shí)候就是我最寂寞的時(shí)候！ 地球科學(xué)原理之一： 太陽(yáng)系的構(gòu)成和起源廣東海洋大學(xué)廖永巖（電子信箱： ） 地球科學(xué)原理，顧名思義，是有關(guān)地球起源、演化、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、能量流等方面的基本原理。地球科學(xué)原理重點(diǎn)解決地球演化動(dòng)力學(xué)， 即認(rèn)識(shí)地球?yàn)槭裁磪^(qū)別于其它行星， 從古到今， 能演化到現(xiàn)在的主要?jiǎng)恿Γ?及地球?qū)?lái)的演化趨勢(shì)， 為人類認(rèn)識(shí)地球、了解地球、及將來(lái)控制地球服務(wù)

2、。地球是太陽(yáng)系的一顆行星，為了很好地了解地球，我們先來(lái)認(rèn)識(shí)太陽(yáng)系的構(gòu)成和起源。1 太陽(yáng)系的構(gòu)成太陽(yáng)系擁有1 顆恒星、 8 顆行星、大量衛(wèi)星和一些小行星、慧星、隕星及星際物質(zhì)等。太陽(yáng)系位于銀河系的旋臂上， 以大約兩億年的周期繞銀河系的中心旋轉(zhuǎn)。 太陽(yáng)系的最外以冥王星的軌道為邊界，直徑為1.18 x 1010km,合79個(gè)天文單位（一個(gè)天文單位為日地距離，約1.5x 108km）（吳泰然和何國(guó)琦，2003）。太陽(yáng)系的中心是太陽(yáng)，一顆熾熱的恒星。太陽(yáng)的內(nèi)部溫度達(dá)到 10x 106k15x 106k,其能源來(lái)自內(nèi)部的熱核反應(yīng)。組成太陽(yáng)的物質(zhì)主要是氫（約70%）和氦（27%） ，其他元素只占2.5%左右

3、。 太陽(yáng)的最外部是由日冕組成的太陽(yáng)大氣， 從日冕中升起的粒子流構(gòu)成了太陽(yáng)風(fēng)向宇宙空間輻射，并帶走了太陽(yáng)熱核反應(yīng)的大部分能量。太陽(yáng)質(zhì)量大約是太陽(yáng)系全部質(zhì)量的99.866%，行星的質(zhì)量在太陽(yáng)系中可以說(shuō)是微不足道的。不可思議的是，太陽(yáng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和它所具有的質(zhì)量卻很不相稱，只占太陽(yáng)系總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的2%（吳泰然和何國(guó)琦，2003） 。太陽(yáng)系的行星可以分為兩大類：類地行星和類木行星?？拷?yáng)的 4 顆行星（水星、金星、地球和火星）與地球大小、物質(zhì)組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方面都很相似， 故稱為類地行星，又稱內(nèi)行星；太陽(yáng)系靠外的除了冥王星以外的四顆行星（木星、土星、天王星和海王星） ，由于與木星的性質(zhì)相近，稱為類木行星

4、，又稱為外行星。2 太陽(yáng)系起源的假說(shuō)太陽(yáng)系的起源問(wèn)題存在著很多未知數(shù)，從18 世紀(jì)起，先后出現(xiàn)的各種太陽(yáng)系起源的假說(shuō)至少有幾十種， 隨著近 30 年來(lái)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展， 關(guān)于太陽(yáng)系起源的問(wèn)題才得到一些共識(shí)。2.1 災(zāi)變假說(shuō)法國(guó)科學(xué)家布豐（ g. buffon ）于 18 世紀(jì)中期提出一個(gè)假說(shuō)，認(rèn)為行星的形成是由于太陽(yáng)遭到了另一個(gè)大天體強(qiáng)烈的撞擊， 他認(rèn)為這個(gè)天體可能是慧星。 這是第一個(gè)關(guān)于太陽(yáng)系形成的災(zāi)變假說(shuō)， 其后這類假說(shuō)還多次提出過(guò)， 直到本世紀(jì)初還有人提出， 但每次都以不成功而告終。 不成功是由兩個(gè)方法學(xué)的缺乏所造成的： 把太陽(yáng)的起源和行星的起源割裂開(kāi)了， 而所有的特征（化學(xué)組成，更主

5、要的是同位素組成、年齡、行星只占整個(gè)太陽(yáng)系質(zhì)量的0.02%等事實(shí)）都表明它們有共同的起源；給行星的形成以偶然性，而不認(rèn)為是一個(gè)有規(guī)律的過(guò)程。2.2 康德 -拉普拉斯假說(shuō)德國(guó)學(xué)者康德（i. kant）于1775年提出的假說(shuō)更具有科學(xué)意義。康德堅(jiān)決與以往的宗教說(shuō)法決裂，他勇取地聲明： “請(qǐng)給我物質(zhì)，我給你們看宇宙是如何從物質(zhì)組成的” ?？档录僬f(shuō)的前提是， 充滿宇宙的物質(zhì)最初以元素質(zhì)點(diǎn)的形式均勻分布于空間之中， 然后， 在萬(wàn)有引力的 作用下開(kāi)始形成物質(zhì)凝聚的中心，中心之一就是太陽(yáng)；同時(shí)物質(zhì)開(kāi)始了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 繼而，環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的塵埃云組成了行星。 完善并給康德假說(shuō)以數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的功績(jī)屬于法國(guó)的數(shù)學(xué)家拉普拉

6、斯( p. s. laplace, 1796 )。因此，這個(gè)假說(shuō)在后來(lái)被稱為康德-拉普拉斯假說(shuō)。按拉普拉斯的說(shuō)法， 最初存在著處于萬(wàn)有引力作用下旋轉(zhuǎn)著的和收縮著的氣狀星云 (在此以前不久，赫歇耳( w. herschel )發(fā)現(xiàn)了這種星云) ，星云中有一個(gè)凝聚中心，后來(lái)演化成太陽(yáng)。隨著旋轉(zhuǎn)和收縮的加強(qiáng)，星云團(tuán)成了扁的形狀，并分出了環(huán)，環(huán)進(jìn)一步形成凝聚中心- 未來(lái) 行星的胚胎。衛(wèi)星以類似的方式在行星周圍形成。最初，行星和衛(wèi)星都應(yīng)該是熾熱的氣球，只是由于后來(lái)的冷卻，才有了殼和成了固體。 因此拉普拉斯的宇宙假說(shuō) (注意不是康德)屬于“熱”宇宙假說(shuō)。2.3 摩耳頓 - 張伯倫假說(shuō)太陽(yáng)系的一個(gè)特征參數(shù)是

7、其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的分配， 慣量由產(chǎn)生它的物體距太陽(yáng)的遠(yuǎn)近和該物體自轉(zhuǎn)的速率決定。從太陽(yáng)和行星具有共同起源出發(fā)，占整個(gè)太陽(yáng)系全部質(zhì)量90%以上的太陽(yáng)也應(yīng)有最大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。但實(shí)際上由于太陽(yáng)自轉(zhuǎn)很慢，它只占有總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的2%，而行星，特別是那些巨行星，首先是木星卻占有總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的98%。經(jīng)典形式的康德- 拉普拉斯假說(shuō)不能解釋這個(gè)矛盾現(xiàn)象。在20 世紀(jì)初人們開(kāi)始尋找代替的假說(shuō)，英國(guó)天文學(xué)家瓊斯( j. h.jeans )的假說(shuō)就是其中之一。他回到了布豐的觀點(diǎn)，但認(rèn)為組成行星的太陽(yáng)物質(zhì)不是慧星撞擊，而是另一個(gè)行經(jīng)太陽(yáng)附近的星球從太陽(yáng)中吸引出的結(jié)果。美國(guó)天文學(xué)家摩耳頓( f.multon )和地質(zhì)學(xué)家張伯倫(

8、t. chemberlen )共同提出了一個(gè)類似的假說(shuō)，按這個(gè)假說(shuō)，從太陽(yáng)分出氣體是由行經(jīng)太陽(yáng)附近的一顆星的強(qiáng)大引力作用造成的， 然后在凝聚中形成微星，進(jìn)一步形成小行星、行星。星子的概念在科學(xué)中站穩(wěn)了腳跟，然而假說(shuō)本身后來(lái)被摒棄了。2.4 太陽(yáng)俘獲氣- 塵埃 - 流星云的假說(shuō)前蘇聯(lián)學(xué)者施密特(0. 10. mmh at)為了走出運(yùn)動(dòng)慣量分布問(wèn)題的死胡同，提出了有特色的太陽(yáng)俘獲氣-塵埃 -流星云的假說(shuō)， 這種云在后來(lái)凝聚成了行星。 施氏的學(xué)生們繼續(xù)發(fā)展了施密特假說(shuō)中重要的肯定成分， 他們提出了原始行星云凝聚過(guò)程的模型， 原始行星的進(jìn)一步凝聚就成了后來(lái)的行星及其衛(wèi)星。 他們認(rèn)為星云物質(zhì)初始是冷的，

9、 所以施密特的宇宙假說(shuō)與康德假說(shuō)一樣屬于“冷”的，而不像拉普拉斯的學(xué)說(shuō)那樣屬于“熱”的宇宙假說(shuō)。2.5 現(xiàn)代得到最多支持的假說(shuō)在過(guò)去對(duì)太陽(yáng)系起源的認(rèn)識(shí)中， 有三個(gè)問(wèn)題困擾著科學(xué)家： 其一是動(dòng)量和質(zhì)量的分布， 為什么太陽(yáng)具有太陽(yáng)系全部質(zhì)量的99.866%，其動(dòng)量卻不到2%？康德- 拉普拉斯的假說(shuō)正是由于不能合理解釋這個(gè)問(wèn)題而困擾； 其二是重元素的來(lái)源， 由于太陽(yáng)系比許多其他恒星包含有更多的重元素， 可以推知太陽(yáng)是第二代行星， 即形成太陽(yáng)的氣體云中包含著其他恒星經(jīng)過(guò)核燃燒散發(fā)到空間中的余燼。 其三是太陽(yáng)系的行星既有許多共同的特征， 又有各自的特點(diǎn)， 使得太陽(yáng)系起源假說(shuō)的建立更加困難。近30 年來(lái)，

10、隨著天文學(xué)的巨大進(jìn)步，許多太陽(yáng)系起源的問(wèn)題已基本清楚。人們驚訝地發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代太陽(yáng)系起源假說(shuō)似乎又回到了康德最初的思想上。天文學(xué)家成功地觀察到星際之間的等離子體的成星過(guò)程， 恒星的誕生主要是由于磁場(chǎng)和氣塵云及射線壓力的反作用。 這個(gè)過(guò)程發(fā)生在河外星系的懸臂的外邊界， 銀河系也是如此。 超新星的爆發(fā)可能是附近星云開(kāi)始收縮的推動(dòng)力， 太陽(yáng)系的重元素和短周期的放射性同位素可能是超新星爆發(fā)過(guò)程中強(qiáng)烈的核反應(yīng)所形成的?，F(xiàn)代太陽(yáng)系起源假說(shuō)基本包括以下四個(gè)階段： 第一階段，原始太陽(yáng)氣塵云與鄰近的一顆即將成超新星的星。第二階段， 超新星爆發(fā)， 原始太陽(yáng)氣塵云在超新星影響的范圍之內(nèi)， 并從超新星的爆發(fā)中獲得能量和重

11、元素、放射性同位素等物質(zhì)。第三階段， 在超新星能量的推動(dòng)下， 太陽(yáng)氣塵云開(kāi)始旋轉(zhuǎn)并逐步形成中心的太陽(yáng)。 當(dāng)太陽(yáng)達(dá)到一定大的時(shí)候， 內(nèi)部開(kāi)始發(fā)生熱核反應(yīng)。 年輕的恒星， 尤其是重量大的恒星開(kāi)始向外拋射物質(zhì)，在太陽(yáng)系的外圍形成環(huán)繞太陽(yáng)的環(huán)。第四階段， 太陽(yáng)系的中間部分形成太陽(yáng)， 環(huán)繞太陽(yáng)的環(huán)逐漸凝聚成星子， 并以星子為中心逐漸形成行星。行星的衛(wèi)星也有著相似的過(guò)程。太陽(yáng)系形成初期， 太陽(yáng)周圍的原始行星云和太陽(yáng)都快速旋轉(zhuǎn)著， 但漸漸地被磁流體動(dòng)力所減緩， 使太陽(yáng)系中的慣量重新分配。 在太陽(yáng)系星云的演化中， 太陽(yáng)可能以電磁力或湍流對(duì)流的形式向行星轉(zhuǎn)移慣量（ 吳泰然和何國(guó)琦， 2003） 。太陽(yáng)系有如此的構(gòu)成