《宇宙的起源》3第三講 太陽系的產(chǎn)生與消亡

宇宙的起源第三講太陽系的產(chǎn)生與消亡太陽系由哪些天體組成？最初形成的太陽系又是怎樣的？太陽系有著怎樣的未來？現(xiàn)在我們將揭開這些問題的答案！返回目錄下一頁上一頁太陽系中的行星是怎樣形成的？當(dāng)太陽消亡時，行星還存在嗎？太陽系文本太陽的誕生太陽系的誕生太陽系的消亡Ⅳ返回目錄下一頁上一頁1太陽系

太陽系是由太陽、8顆大行星、三百多顆衛(wèi)星、無數(shù)的小行星、彗星以及柯伊伯帶和奧爾特云組成的，行星和衛(wèi)星繞著太陽運轉(zhuǎn)。行星由太陽起往外的順序是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。離太陽較近的水星、金星、地球及火星稱為類地行星（內(nèi)行星）。宇宙飛船對它們都進(jìn)行了返回目錄下一頁上一頁探測，還曾在火星與金星上著陸，獲得了重要成果。離太陽較遠(yuǎn)的木星、土星、天王星、海王星稱為類木行星。宇宙飛船也都對它們進(jìn)行了探測，但未曾著陸。天文學(xué)家杰夫·馬西教授：“不可思議的是，銀河系包含約兩千億顆恒星，其中許多恒星都擁有自己的行星系，擁有八大行星的太陽系，并非獨一無二，宇宙中還有數(shù)十億其它的行星系存在”。返回目錄下一頁上一頁

水星金星地球火星木星土星天王星海王星太陽距離(百萬千米)58108150228778142728704497-公轉(zhuǎn)周期0.24年0.62年1年1.88年11.86年29.5年84年164.9年-自轉(zhuǎn)周期59(日)243(日)23.9(時)24.6(時)9.9(時)10.4(時)10.8(時)16(時)27(日)赤道直徑4880千米12104千米12756千米6787千米142800千米120000千米51800千米49500千米1390000千米質(zhì)量0.0550.81510.108317.895.214.417.2332830平均密度5.445.25.523.931.30.691.281.641.434太陽系主要天體特征以地球的質(zhì)量為1密度的單位：1噸/立方米返回目錄下一頁上一頁2太陽的誕生

宇宙中有許多太陽系，也許每個太陽系都自成一派，但是它們都有一個共同點：那就是每個太陽系最初都只是一個恒星。首先恒星在充滿氣體和塵埃的被稱為星云的云層中誕生。每一個星云都是恒星的搖藍(lán)，其中孕育著數(shù)百萬顆恒星。恒星形成的過程并不出現(xiàn)在星云最燦爛、閃耀的地方，而是那些較暗的區(qū)域，在這些區(qū)域中存在密集的氣體和塵埃。普通望遠(yuǎn)鏡無法觀測到塵埃內(nèi)部的景像。所以我們無法看到恒星誕生的過程，也無法在第一時間觀察到剛剛誕生的恒星。返回目錄下一頁上一頁?dān)棤钚窃品祷啬夸浵乱豁撋弦豁撛煳镏窃圃煳镏祷啬夸浵乱豁撋弦豁?/p>

2004年，美國宇航局發(fā)射了一架用來觀察熱量的紅外望遠(yuǎn)鏡：斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡，從而能夠觀測星云內(nèi)部新恒星的形成。恒星的形成需要氫氣、引力和時間，塵埃和氣體在引力作用下聚集并不斷擠壓至很小的體積，溫度升高，數(shù)十萬年來星云的密度不斷增大，形成了巨大的盤狀旋渦，直徑甚至超過了太陽系，而位于中心的氣體，在引力的不斷擠壓下，形成了具有超高密度和溫度的球體，隨著壓力不斷增大，巨大的氣柱從中心噴射而出，可見恒星的誕生有多么的激烈。引力的作用持續(xù)而強(qiáng)烈，氣體和塵埃顆粒被不斷吸入，并相互擠壓，產(chǎn)生了返回目錄下一頁上一頁越來越多的熱量，突然間氣體中的原子開始熔化，恒星開始燃燒。在未來的50萬年的時間里，年輕的恒星將逐漸變小，并變得更亮、更熱，核心區(qū)域的溫度將達(dá)到1500萬攝氏度，氣體原子只有在驚人的高溫下，才能發(fā)生聚變并釋放出巨大的能量，一顆恒星就是這樣誕生的，太陽就是這樣誕生的。其余的塵埃和碎片形成了一個圍繞恒星旋轉(zhuǎn)的圓盤，這些就是未來行星、衛(wèi)星、慧星以及小行星的萌芽。為此，讓我們來看《了解宇宙是如何運行》關(guān)于太陽誕生的描述。返回目錄下一頁上一頁太陽的結(jié)構(gòu)太陽黑子日珥太陽風(fēng)15科學(xué)家已經(jīng)知道太陽從何而來，卻不知道行星是如何從構(gòu)成圓盤的氣體和塵埃中形成的。天文學(xué)家唐·佩蒂特在國際空間站上做實驗時，無意中發(fā)現(xiàn)了宇宙塵埃形成行星的過程。他將鹽、糖等其它東西放進(jìn)袋子，其中一個袋子只放了咖啡粉，然后向袋子充氣使其膨脹，袋子里的粒子立即聚成一團(tuán)，形成了粉塵球。這是一個重大的發(fā)現(xiàn)，在太空零重力的條件下，塵埃粒子不會四散懸浮，而是會聚成一團(tuán)，宇宙塵埃就是這樣形成了行星。天文學(xué)家杰夫·馬西教授描述道：“塵埃粒子會碰撞并粘連在一起，形成更大的塵埃團(tuán)，接著形成巖塊，最終會形成巨石。巨石越3太陽系的誕生返回目錄下一頁上一頁大，引力就越強(qiáng)，它開始吞噬周邊的一切，從而越長越大，巨石變得更大、更重，吞噬的巖塊也越來越大，最后，有些巨石變成了行星?！边@就是我們的太陽系46億年前發(fā)生的一幕：在太陽形成以后不久，殘存在太陽周圍的一些氣體和塵埃，形成了圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的行星、諸多小行星和彗星等其他太陽系天體，其中包括了我們的地球和月亮，當(dāng)時大約有一百個年輕的行星，圍繞著新太陽運行，碰撞不可避免。

所有的太陽系在誕生之初都處于暴力狀態(tài)，我們的太陽系也不例外。太陽系最初約有一百個小行星，那么，一百個小行星是如何發(fā)展成為今返回目錄下一頁上一頁天的八大行星的呢？天文學(xué)家通過研究其它太陽系的進(jìn)化，找到了答案：所有的太陽系在形成之前，都要經(jīng)歷碰撞的過程，這就是它們形成方式。新生的太陽系中交通擁擠，大大小小的物體穿梭往來，難免會發(fā)生碰撞，一些行星會變得巨大，碰撞也更為劇烈。行星相互撞擊，個頭越大，越容易幸存，其它行星則難免粉身碎骨。某個龐然大物撞擊了早期的水星，將水星的外殼撞落，只剩下鐵質(zhì)的內(nèi)核；一個行星大小的物體猛烈撞擊地球，雖非正面撞擊，但將地球的部分外殼撞入太空，地球周圍的碎片，最終聚集在一起形成了月球。這場撞擊宇宙中持續(xù)了五億年之久，我們現(xiàn)在看到的火星、地球、水星和金星，都是內(nèi)返回目錄下一頁上一頁18太陽系行星的幸存者，一些幼年行星的碎片，形成了小行星帶，如同一個巖石廢料堆積場，行星間的大多數(shù)沖撞，都發(fā)生在內(nèi)太陽系；但是外行星中的天王星也受到了側(cè)面撞擊。外行星主要由氣體構(gòu)成，大多數(shù)都逃脫了內(nèi)太陽系的混亂撞擊，在氣體巨星木星和土星之外，是天王星和海王星，天王星和海王星之外是柯伊伯帶，柯伊伯帶由圍繞軌道運行的冰封巖石和矮行星組成，曾經(jīng)的第九大行星冥王星實際上是柯伊伯帶天體。冥王星實際上是一顆矮行星，是50億公里之外繞太陽運行的眾多行星之一，那里有數(shù)百萬這樣的行星。柯伊伯帶處于太陽返回目錄下一頁上一頁19影響力的邊緣，那里溫度極低，光線極暗，但是柯伊伯帶并不是太陽系的邊界，更遠(yuǎn)處還有一個由數(shù)萬億冰封物質(zhì)構(gòu)成的外殼：奧爾特云。奧爾特云非常遙遠(yuǎn)，從太陽發(fā)出的光需要走一整年才能到達(dá)那里。從寒冷的邊緣到炙熱的中心恒星，我們的太陽系看上去似乎很穩(wěn)定，一切都井然有序。為此，讓我們來看《了解宇宙是如何運行》關(guān)于太陽系誕生的描述。返回目錄下一頁上一頁214太陽系的消亡

太陽是大自然的創(chuàng)造，既有生，也有滅，但那是再過50多億年以后的事。太陽的壽命約有100億年，現(xiàn)在正是它的“壯年”時期。太陽通過熱核聚變，靠燃燒集中于它核心處的大量氫氣而發(fā)光，太陽的內(nèi)核每秒都會消耗六億多噸氫燃料。就這樣再燃燒50億年以后，太陽將耗盡它的氫氣儲備，太陽核心部分的氫完全轉(zhuǎn)變成氦后，產(chǎn)生能量的過程就停了下來，于是輻射壓力下降，太陽的核心部分在引力作用下猛烈收縮。收縮產(chǎn)生的巨大熱量使太陽內(nèi)部的溫度再次急劇升高，直到引發(fā)3個氦核聚變成1個碳核的熱核反應(yīng)，形成新一輪核反應(yīng)。氦核聚變成碳核的熱核反應(yīng)告終后，最后產(chǎn)生巨大輻射壓力，自太陽內(nèi)部往外返回目錄下一頁上一頁22傳遞，并將太陽的外層物質(zhì)迅速推向外圍空間，形成紅巨星。太陽現(xiàn)在的直徑為140萬公里，隨著它的持續(xù)膨脹，將接近二億公里，然而這顆紅巨星也在自我毀滅，它的內(nèi)核變得極不穩(wěn)定，處境十分危險，此時的太陽正在由內(nèi)而外自我毀滅，從內(nèi)核涌出的能量沖破太陽的表層，這些能量波將會剝離太陽的外層，太陽也將完成把靠它最近的行星如水星、金星吞噬掉，地球也會被“烤焦”。地球上的溫度將達(dá)到數(shù)千攝氏度，海水將會沸騰，山峰也將熔化，膨脹的太陽會將地球完全吞沒，生命將無法繼續(xù)生存。隨著時間的推移，太陽會越來越快地耗盡它的全部核能燃料，步入風(fēng)燭殘年，它將變成一顆與地球大小相當(dāng)?shù)陌追祷啬夸浵乱豁撋弦豁摪牵芏燃s為地球的100萬倍，但它要經(jīng)歷數(shù)百萬年甚至數(shù)十億年才能冷卻下來。天文學(xué)家們相信在白矮星的中心，存在著一顆碩大的純碳晶體，也就是一塊直徑約為數(shù)千公里的鉆石。最后，太陽將成為一個無光無熱的“褐矮星”，消逝在茫茫的宇宙深處，結(jié)束它輝煌而平凡的一生。盡管對于我們的太陽系來說，這是50億年后才會發(fā)生的事情，但宇宙中的許多星系，也許早已經(jīng)歷了這樣的過程。當(dāng)太陽消亡之時，地球早已經(jīng)不復(fù)存在，那么人類怎么辦呢？其實這完全不必?fù)?dān)心。人類的文明史不過才5000年左右，科學(xué)技術(shù)水平已經(jīng)發(fā)達(dá)到了現(xiàn)在這個地步。50億年是5000年的100萬倍，誰能想象那時的人類科學(xué)技術(shù)水平會發(fā)展到何種程度呢？也許到那時，進(jìn)化了的人類通過星返回目錄下一頁上一頁際航行，業(yè)已在遙遠(yuǎn)的銀河系的另一處建起了自己美好的新家園。誰又能說這是不可能的事呢？

最初的太陽系十分混亂，隨著時間的推移，一切逐漸安靜下來，變得更加穩(wěn)定，然而這只是暫時的假象，太陽系里的任一顆行星，隨時都有毀滅的危險。在銀河系中有形形色色的太陽系，與我們這個太陽系相比，大多數(shù)看上去都很奇特，有些行星軌道混亂，有些行星相互撞擊，還有些行星會沖入自己的母恒星。我們的太陽系很幸運，行星之間距離適當(dāng)，軌道幾乎都是圓形，使整個體系井然有序，不至于分崩離析、支離破碎。行星在安全穩(wěn)定的軌道上運行，但是數(shù)十億顆彗星和小行星則不然，許返回目錄下一頁上一頁多不速之客會闖入內(nèi)太陽系。6500萬年前，一顆巨大的小行星闖入地球，落到了離墨西哥海岸不遠(yuǎn)的地方，它的飛行速度高達(dá)每小時7.2萬公里，撞擊所產(chǎn)生的能量超過了50億顆廣島原子彈的威力，地球上70％的生命毀于一旦，如果這樣的撞擊一再重演，地球上的一切生命都將不復(fù)存在，但地球有一個巨型保鏢：木星，木星的巨大引力保護(hù)地球免遭小行星和彗星的沖擊。我們離太陽足夠近，因而擁有了液態(tài)水，同時我們離太陽又足夠遠(yuǎn)，以至于水不會蒸發(fā)消失，這樣的安排對生命來說恰到好處。我們的太陽系現(xiàn)在看似穩(wěn)定，但實際上它正在慢慢瓦解：在未來，行星彼此間的引力，將逐漸打亂它們的軌道，也許兩個返回目錄下一頁上一頁26

行星會相互靠近，當(dāng)這一幕發(fā)生時，這兩個行星，就象在跳相互交錯的杜西杜舞步，其中一個或者兩個有可能被彈出太陽系，火星也許被拋出太陽系，水星也許會撞入地球，太陽系的誕生和消亡都伴隨著大量的碰撞或毀滅性的爆炸。這些