宇宙、地球和生命的进化:时间的1000个-第7节

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　　第一阶段是原始星云分解成为原太阳和绕太阳转动的星云圆盘。在此阶段的原太阳仍是昏暗无光的。　

　　第二阶段是星云圆盘中的原行星的形成。该圆盘分裂为两部分：内侧部分形成四颗类地原行星，外侧部分形成四颗类木原行星。在介于两者之间的区域中，圆盘密度不会超过发生收缩过程所必需的罗歇密度，因而太阳的潮汐力将会阻止任何大型天体的形成。然而可以预料，几个比行星小的天体还是可能形成的，经碰撞，这些小型天体便分裂成为小行星。类木原行星之外的星云圆盘也是密度甚低，那就只能形成彗星了。　

　　第三阶段是使太阳由暗变亮。它强烈的辐射会使星云圆盘中比较靠近太阳的气体电离，这种旋转的电离圆盘与太阳磁场间的相互作用能充分说明太阳角动量的丧失及太阳自转周期的必然加长这两个现象。　

　　第四个阶段是星云圆盘和来自刚刚发光的太阳的辐射之间进一步相互作用。正如彗尾由于受太阳的辐射与微粒辐射压的作用总是背离太阳一样，星云圆盘中的多数气体也是远离太阳的。仅有那些被行星胚胎引力场牢牢控制住的气体才能留在太阳的近旁，其余的物质（其实占其质量的绝大部分）则由太阳系抛回星际空间去。离太阳最近的那些行星，因蒙受太阳的辐射与微粒辐射压作用更强，所丧失的质量会远远多于四颗离太阳较远的类木行星。既然被抛射出去的物质多是较轻的物质（氢气居多数），这就说明了类地行星的密度之所以较高的原因。　


第26节：二、太阳系形成（4）


　　收缩假说的主要困难是难以解释气体被太阳风吹散后如何形成类地行星。要形成类地行星，星云圆盘中的密度必须超过罗歇密度，而这就要求在分解过程中占星云圆盘质量3/4的氢必须存在。照此说来，我们的地球就应该含有大量的氢元素，但实际上却不是这样。　

　　当然，也会有这样一种可能性：类地行星的形成是一个吸积过程，而类木行星则是通过收缩过程形成的。这一见解在某种程度上已经得到观测资料的支持，月亮和火星上的巨大环形山便是吸积过程的例证；而土星与木星两者的内卫星及土星环的情况，则又表明这些行星系是由星云圆盘中的致密部分分解而成的。由此看来，类地行星与类木行星这两者的形成条件和过程不同是完全可能的。火、木二星之间空隙的存在可以这样解释：由于密度、太阳潮汐力以及温度等条件的限制，上述两种过程均不能在这一区域发生。　

　　密度扰动说　

　　英国天文学家金斯在20世纪初提出，原始星云如果出现满足一定条件的密度扰动，就会碎裂、坍塌而形成恒星。那么促使原始太阳星云坍塌而形成太阳系的密度扰动是如何产生的呢？太阳附近的超新星爆发可能是造成这种密度扰动的原因。　

　　我们来想象一下50亿年前所发生的过程。那时太阳还没有诞生，在现在称为太阳系的这部分空间所有的只是一片密度很低的弥漫云状物质，这便是年轻的原始太阳星云。在离它几十光年的地方有一颗大质量恒星，已经到了一生中的晚期。随着时光的推移，这颗衰老着的恒星终于用完了在它核心部分进行热核反应的全部材料。结果这颗恒星剧烈地收缩，外部物质向中心迅速跌落，同时产生强烈的冲击波。恒星的外层向周围空间猛烈地抛出大量物质，星光在短时间内增亮千万倍，这就是超新星爆发。外抛物质的初速度可以达到每秒上万公里，经过几十万年的长途旅行后，抛出物以每秒几十公里的速度与太阳系星云相遇。太阳系星云在它们的冲击下受到压缩而扰动，星云中的物质分布不再是大致均匀的了，而是有的地方密度变高，有的地方密度变低。结果是太阳系星云发生碎裂，并最终在它密度最高的地方出现引力坍塌而形成太阳系。　

　　1969年一颗大陨星坠落在墨西哥一个名为阿连德的村庄附近。这是一颗生存了45亿年之久的老年陨星，为我们提供了几乎原封不动的原始太阳星云物质的样品。研究发现，阿连德陨星中镁26同位素的丰度和分布情况无法用原始太阳星云本身做出解释。一种可能的途径就是通过超新星爆发把铝26注入太阳星云，并且在后来再衰变为镁26。这似乎间接地证明了太阳系最初是由某个超新星爆发偶然形成的。虽然这个说法偶然性太大，但还是被大多数人接受了。　


第27节：二、太阳系形成（5）


　　星云吸积说　

　　假定云状圆盘围绕太阳旋转的局面已定，描绘行星形成过程的另一种方法便是吸积过程，这就是说许多小天体集聚合并成为大天体。从火星上、月亮上和地球上的撞击环形山或陨星坑便可看出，这些天体在太阳形成后的第一个10亿年期间，每个都收集了许多小型天体。月亮上的月海与东方盆地就是由于收集这些小型天体而形成的，因而使月亮的质量大为增加。照此看来，月亮就是由吸积过程形成的。　

　　吸积理论的主要障碍在于很难想象此过程是如何开始的。原始星云圆盘中那些细小的屑粒究竟是怎样会聚到一起而成为几个庞大的行星的呢？　星云圆盘中的第一批固体显然是发现于球状陨星中的嵌入颗粒。这些陨星嵌粒通过某种途径集聚到形成大块物体的母体中，这种母体经过进一步合并就可能成为小行星，以至最终成为行星。但是细小的屑粒是怎样会聚到一起的，这一机制是完全不清楚的。　

　　星云圆盘中的陨星嵌粒和尘埃都是非常细小的屑末，它们之间的万有引力很小，还不足以有效地吸引其他的颗粒。但是，这些物质屑粒受到高能光子、太阳风中的质子与电子以及宇宙射线的轰击，都是带电的，电力要比引力强得多。〃阿波罗〃12号宇宙飞船的飞行员曾发现许多微粒附着在他们的服装和设备之上，据推测这些颗粒是带电的。　

　　带有相反电荷的两个物体是相互吸引的，一带电体（不论带正电还是带负电）会吸引其他非带电体，用一把塑料尺与毛皮摩擦即可吸附尘埃与纸屑。可以肯定，电力之强不仅足以使星云圆盘中的屑粒彼此吸引，而且一旦相撞，还可以结合得更加牢固。　

　　另一个要回答的问题是，内侧的类地行星和外侧的类木行星的密度何以相差如此悬殊？星云圆盘的温度与太阳风对促使化学元素分离和圆盘中央形成石质的类地行星可能起了一定作用。星云圆盘的中央无疑会比外部热，所以可以认为中心的岩石一类的物质首先会凝固下来。当然，甲烷、氨、水蒸气和二氧化碳等气体在圆盘的热区是不会凝固的，像氢、氨之类的最轻元素则可能被太阳风吹出太阳系的中央区。　

　　不过，既然太阳风之强足以吹散气体，那它也应该会使气体电离。这样一来，星云圆盘的内部就可能是由自转的电离气体所组成。带电粒子的运动产生磁场，人们普遍认为，造成太阳自转速度减慢的原因正是这种自转电离的星云圆盘磁场和太阳磁场的相互作用。这样，角动量由太阳转移到圆盘，并且如果大量的气体被吹至太空，那也会带走太阳的一些角动量。当这些气体被吹散时，行星在其形成过程中到底前进了多远，这是不清楚的。　

第28节：二、太阳系形成（6）


　　吸积假说这样描述太阳系的形成过程：首先形成许多数百英里直径的天体，之后，这些天体再集聚成为类地行星和月球。月亮原是处于绕日运动的轨道之中，后来不知何原因又为地球所俘获。月球的轨道平面比地球的赤道面更为接近平行于太阳系平面，这一事实是地球俘获月亮这一见解的有力论据。木星的内卫星的轨道面几乎都与木星的赤道面相平行，这表明它们是同木星一起形成的。可是，木星的外卫星的轨道面却与木星的赤道面倾斜得很厉害，而且有几个外卫星的公转还是逆行。因此，目前普遍认为木星的外卫星是木星俘获而来的。　

　　类木行星主要是由氢和氨构成的，有人猜测这些气体也许还夹杂有一些岩石物质，都是凭借着甲烷、氨、水和二氧化碳才集聚到一起的。显然，这一部分圆盘拥有大量的物质，足可形成大行星，而大行星的引力场不久便强得可以吸聚气体，因而每颗行星就增大起来。行星增长得越大，它的增长速度也越快，直到把圆盘中的气体耗尽为止。　

　　除类木行星之外，据推测仅能形成主要由凝冻的甲烷、氨气、水和二氧化碳的混合物构成的小型天体。这些小型天体围绕着太阳在各自的轨道上运动，一般都位于海王星和冥王星的轨道之外。按照这个假说，这种由冷凝混合物组成的小型天体，有的偶然在其轨道上受到扰动，就会深入到太阳系的内部，这时它便被太阳加热，从而形成了使天文学家惊异不止的壮丽彗星。　

　　2．行星起源　

　　行星共性起源　

　　人们很早就注意到太阳系天体的很多明显的共性，这些共性对于我们认识太阳系的历史有特别重要的意义。所有的行星基本上都在一个共同的平面上，像一个巨大的铁饼，这在天文学上叫作轨道共面性；根据观测，所有行星的运行轨道都是一个椭圆，但是有一个很有意思的特点，所有这些椭圆都不是特别扁，而是更接近正圆形，这在天文学上叫作轨道近圆性；行星的自转（自身的转动）、公转（围绕太阳的转动）的方向一般说都是一致的（金星反向自转），自转和公转围绕的轴心大致都是平行的，也就是说基本上所有的行星都朝同一个方向转动并且转动面都平行，这在天文学上叫作自转、公转同向性。另外，构成这些行星的基本元素几乎是相同的。　

　　行星为什么有这样鲜明的公共规律性呢？这说明它们肯定有着共同的起源。它们就是由最初那个太阳星云变化而来的。星云物质是一些基本微粒，由于引力的作用，密度大的微粒吸引密度小的，成为一些团块；这些团块的周围微粒又陆续被吸引到团块上，团块逐渐增大，最后，最大的团块形成了太阳，其他团块形成了行星。　

第29节：二、太阳系形成（7）


　　当微粒被吸引向中心团块的时候，有一种斥力使下落运动发生偏转，变成了绕团块的运动，这样中心团块就变成一个巨大的旋转的铁饼。在这个铁饼里，微粒在互相冲撞的运动中自然达到一个平衡状态，这样就造成了行星彼此同向平行的运动。而在形成行星的团块绕太阳运转时，跟在它后面的微粒受它吸引而加速，从团块的外侧落到它的上面，这样就产生了一种推动力使它自转，并且使行星的自转和公转方向一致。　

　　这种星云的旋转和离心力使得星云变扁，这恰好说明了行星的共面性、近圆性、同向性是自然运动的结果。　

　　行星密度分布有一个显著的特点，就是离太阳越远的行星密度越小。这是因为离太阳越近，星云的温度就越高，这样只有比较重的物质才能凝固起来，所以在这里形成的行星密度大；而离太阳越远，温度越低，比较轻的物质才可以凝固，因而在这里形成的行星密度小。所以太阳系行星从总体分布上呈现出密度从里向外逐渐减小的特征。　

　　行星物质起源　行星的物质起源是一个化学上的课题。我们知道中心太阳凝聚时，它的周围有一个在太阳收缩期间从太阳里抛出来的尘气圆盘，尘埃粒子在互相靠近和吸引积聚并形成行星以前，会朝黄道面分离开来。天文学上称其为母尘气云，就是行星最开始的尘埃团体。完全有理由认为母尘气云混合得很好并且在化学上是同质的，即这些母尘气云在化学性质上应该是非常相似的。　

　　关于这种云的化学组成的证据有好几个来源，而且是相互一致的。这些证据包括目前太阳系中最原始而尚未变质的陨石（例如一些碳质球粒陨石，请记住这种可能代表行星最原始物质的陨石，它将为行星演化提供非常重要的证据）中的元素丰度（各种元素所占的比重或者比例）的测定，以及以核合成过程和核素分类学等为依据的论据。为方便起见，把原始尘埃中的元素分成三大类：〃气〃、〃冰〃和〃岩石〃，这是这些元素在相当低的温度下形成的。科学研究表明，〃气〃（主要是氢和氨的成分）占主要优势。在类地行星形成期间，这些气体几乎全部丢失了，在外行星中间也丢失了很多。所以有理由相信，最初的行星星云应该比现在存在的行星大许多倍。　

　　现在需要关注一下铁在行星演化中的重要作用。我们知道，铁在120℃以下如果暴露在氧气环境下，会氧化形成氧化铁和磁铁，而如