太陽系的構(gòu)成和起源

1、精品文檔太陽系的構(gòu)成和起源.txt 愛，就大聲說出來，因為你永遠都不會知道，明天和意外，哪個會先來！石頭記告訴我們：凡是真心愛的最后都散了，凡是混搭的最后都團圓了。 你永遠看不到我最寂寞的時候， 因為在看不到你的時候就是我最寂寞的時候！ 地球科學(xué)原理之一： 太陽系的構(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)造運動、能量流等方面的基本原理。地球科學(xué)原理重點解決地球演化動力學(xué)， 即認識地球為什么區(qū)別于其它行星， 從古到今， 能演化到現(xiàn)在的主要動力， 及地球?qū)淼难莼厔荩?為人類認識地球、了解地球、及將來控制地球服務(wù)

2、。地球是太陽系的一顆行星，為了很好地了解地球，我們先來認識太陽系的構(gòu)成和起源。1 太陽系的構(gòu)成太陽系擁有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)。 太陽系的最外以冥王星的軌道為邊界，直徑為1.18 x 1010km,合79個天文單位（一個天文單位為日地距離，約1.5x 108km）（吳泰然和何國琦，2003）。太陽系的中心是太陽，一顆熾熱的恒星。太陽的內(nèi)部溫度達到 10x 106k15x 106k,其能源來自內(nèi)部的熱核反應(yīng)。組成太陽的物質(zhì)主要是氫（約70%）和氦（27%） ，其他元素只占2.5%左右

3、。 太陽的最外部是由日冕組成的太陽大氣， 從日冕中升起的粒子流構(gòu)成了太陽風向宇宙空間輻射，并帶走了太陽熱核反應(yīng)的大部分能量。太陽質(zhì)量大約是太陽系全部質(zhì)量的99.866%，行星的質(zhì)量在太陽系中可以說是微不足道的。不可思議的是，太陽的轉(zhuǎn)動慣量和它所具有的質(zhì)量卻很不相稱，只占太陽系總轉(zhuǎn)動慣量的2%（吳泰然和何國琦，2003） 。太陽系的行星可以分為兩大類：類地行星和類木行星?？拷柕?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 太陽系起源的假說太陽系的起源問題存在著很多未知數(shù)，從18 世紀起，先后出現(xiàn)的各種太陽系起源的假說至少有幾十種， 隨著近 30 年來科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展， 關(guān)于太陽系起源的問題才得到一些共識。2.1 災(zāi)變假說法國科學(xué)家布豐（ g. buffon ）于 18 世紀中期提出一個假說，認為行星的形成是由于太陽遭到了另一個大天體強烈的撞擊， 他認為這個天體可能是慧星。 這是第一個關(guān)于太陽系形成的災(zāi)變假說， 其后這類假說還多次提出過， 直到本世紀初還有人提出， 但每次都以不成功而告終。 不成功是由兩個方法學(xué)的缺乏所造成的： 把太陽的起源和行星的起源割裂開了， 而所有的特征（化學(xué)組成，更主

5、要的是同位素組成、年齡、行星只占整個太陽系質(zhì)量的0.02%等事實）都表明它們有共同的起源；給行星的形成以偶然性，而不認為是一個有規(guī)律的過程。2.2 康德 -拉普拉斯假說德國學(xué)者康德（i. kant）于1775年提出的假說更具有科學(xué)意義?？档聢詻Q與以往的宗教說法決裂，他勇取地聲明： “請給我物質(zhì)，我給你們看宇宙是如何從物質(zhì)組成的” ?？档录僬f的前提是， 充滿宇宙的物質(zhì)最初以元素質(zhì)點的形式均勻分布于空間之中， 然后， 在萬有引力的 作用下開始形成物質(zhì)凝聚的中心，中心之一就是太陽；同時物質(zhì)開始了旋轉(zhuǎn)運動。 繼而，環(huán)繞太陽運動的塵埃云組成了行星。 完善并給康德假說以數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的功績屬于法國的數(shù)學(xué)家拉普拉

6、斯( p. s. laplace, 1796 )。因此，這個假說在后來被稱為康德-拉普拉斯假說。按拉普拉斯的說法， 最初存在著處于萬有引力作用下旋轉(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) ，星云中有一個凝聚中心，后來演化成太陽。隨著旋轉(zhuǎn)和收縮的加強，星云團成了扁的形狀，并分出了環(huán)，環(huán)進一步形成凝聚中心- 未來 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，只是由于后來的冷卻，才有了殼和成了固體。 因此拉普拉斯的宇宙假說 (注意不是康德)屬于“熱”宇宙假說。2.3 摩耳頓 - 張伯倫假說太陽系的一個特征參數(shù)是

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

8、t. chemberlen )共同提出了一個類似的假說，按這個假說，從太陽分出氣體是由行經(jīng)太陽附近的一顆星的強大引力作用造成的， 然后在凝聚中形成微星，進一步形成小行星、行星。星子的概念在科學(xué)中站穩(wěn)了腳跟，然而假說本身后來被摒棄了。2.4 太陽俘獲氣- 塵埃 - 流星云的假說前蘇聯(lián)學(xué)者施密特(0. 10. mmh at)為了走出運動慣量分布問題的死胡同，提出了有特色的太陽俘獲氣-塵埃 -流星云的假說， 這種云在后來凝聚成了行星。 施氏的學(xué)生們繼續(xù)發(fā)展了施密特假說中重要的肯定成分， 他們提出了原始行星云凝聚過程的模型， 原始行星的進一步凝聚就成了后來的行星及其衛(wèi)星。 他們認為星云物質(zhì)初始是冷的，

9、 所以施密特的宇宙假說與康德假說一樣屬于“冷”的，而不像拉普拉斯的學(xué)說那樣屬于“熱”的宇宙假說。2.5 現(xiàn)代得到最多支持的假說在過去對太陽系起源的認識中， 有三個問題困擾著科學(xué)家： 其一是動量和質(zhì)量的分布， 為什么太陽具有太陽系全部質(zhì)量的99.866%，其動量卻不到2%？康德- 拉普拉斯的假說正是由于不能合理解釋這個問題而困擾； 其二是重元素的來源， 由于太陽系比許多其他恒星包含有更多的重元素， 可以推知太陽是第二代行星， 即形成太陽的氣體云中包含著其他恒星經(jīng)過核燃燒散發(fā)到空間中的余燼。 其三是太陽系的行星既有許多共同的特征， 又有各自的特點， 使得太陽系起源假說的建立更加困難。近30 年來，

10、隨著天文學(xué)的巨大進步，許多太陽系起源的問題已基本清楚。人們驚訝地發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代太陽系起源假說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程， 恒星的誕生主要是由于磁場和氣塵云及射線壓力的反作用。 這個過程發(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)可能是附近星云開始收縮的推動力， 太陽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)過程中強烈的核反應(yīng)所形成的。現(xiàn)代太陽系起源假說基本包括以下四個階段： 第一階段，原始太陽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下， 太陽氣塵云開始旋轉(zhuǎn)并逐步形成中心的太陽。 當太陽達到一定大的時候， 內(nèi)部開始發(fā)生熱核反應(yīng)。 年輕的恒星， 尤其是重量大的恒星開始向外拋射物質(zhì)，在太陽系的外圍形成環(huán)繞太陽的環(huán)。第四階段， 太陽系的中間部分形成太陽， 環(huán)繞太陽的環(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)星也有著相似的過程。太陽系形成初期， 太陽周圍的原始行星云和太陽都快速旋轉(zhuǎn)著， 但漸漸地被磁流體動力所減緩， 使太陽系中的慣量重新分配。 在太陽系星云的演化中， 太陽可能以電磁力或湍流對流的形式向行星轉(zhuǎn)移慣量（ 吳泰然和何國琦， 2003） 。太陽系有如此的構(gòu)成