探索太陽系的奧秘（簡體書）

; 太陽系的起源 什么事情都是有始末的，那么太陽系最初是怎樣形成的呢？ 起初，人們用“永恒說”來對此加以解釋。這種說法認為，太陽系可 能在無限久遠的過去就已經是現在這個樣子了，而且今後也不會改變，永 遠都是這個樣子。換句話講，太陽系沒有開端，也沒有終結。很顯然，這 種說法人們是很難接受的。可是，在很長的時間內，人們又拿不出來駁斥 這種說法的理論依據。 直到17世紀後，因為哥白尼創造了日心說，人們對太陽系的結構有 了正確的概念。牛頓發現了萬有引力定律，為人們提供了研究天體運動的 基礎。望遠鏡的問世，拓寬了人們的視野，人們得以觀測到云霧狀的天體 ——星云。正是在這 種情況下，德國哲學 家康德在1755年時提 出了“星云假說”。 他認為，太陽系的前 身很可能是一塊稀薄 的氣體云——星云。 這團氣體云在自身引 力的作用下開始逐漸 收縮，越來越密集， 旋轉的速度越來越 快，形狀也就越來越 扁。到了一定程度，最邊緣的一圈就開始分離出去，凝聚成一個行星，接 著又分離出去一圈，又凝聚成一個行星，最後剩下的那些氣體云凝聚成了 一個巨大的發光恒星，這就是太陽。 按照康德的這個假設，太陽系中所有的行星、衛星大體上都應該在同 一個平面上，并且都朝著一個方向旋轉，而太陽系恰恰正是這個樣子，這 說明“星云假說”有可能是正確的。 1795年，法國天文學家拉普拉斯發表文章支持“星云假說”。他認為， 太陽系是由一大團彌漫的塵埃氣體云形成的，這個原始星云起初是熾熱的， 但隨著輻射而損失能量，溫度就開始下降，從而引起星云的收縮，同時由 于其他天體的引力擾動和某些鄰近超新星爆發產生的沖擊波，而開始旋轉。 從某種意義上講，拉普拉斯的觀點豐富和發展了康德創立的“星云假 說”，所以後來人們將此學說稱為“康德一拉普拉斯星云假說”。當然這 個學說并非完美無瑕，它雖然能夠較好地解釋太陽系結構上的一些特征， 卻解釋不了太陽系所具有的巨大的角動量，更解釋不了角動量在太陽系里 分配極不合理的現象。 所謂的角動量是什么呢？它就是動量矩，是物理學中與物體到原點的 位移和動量相關的物理量。太陽系中太陽的自轉，行星的自轉和公轉，衛 星的自轉和公轉， 都具有角動量。由 于這些旋轉的方向 都是相同的，所以 角動量是相加的， 從而使整個太陽系 具有了巨大的角動 量。而在角動量的 分配方面，太陽只 占太陽系總角動量 的2％，其他行星 占了98％。 于是，有人對 “星云假說”提出了疑問：星云怎么可能一邊收縮(同時越轉越快)，一邊 將幾乎所有的角動量都轉移到分離出去的氣體環(行星)中呢？另外，隨 著天文觀測和研究的深入，“星云假說”的缺陷也越來越多地暴露出來。 天文學家先是發現海王星的衛星——海衛一——繞著海王星旋轉的方向正 好與海王星自轉的方向相反，接著又發現火星的衛星——火衛一——旋轉 一周的速度竟比火星自轉一周的速度快三倍。按照“星云假說”，太陽 系中的行星和衛星都應該朝著一個方向旋轉，衛星的旋轉速度不可能超 過行星。 就在“星云假說”陷入窘境之時，美國的地質學家張伯倫和天文學家 摩爾頓于1906年提出了“星子假說”。他們認為，太陽系最開始時只有 孤零零的一輪紅日，後來在某個時候，又有一顆恒星朝著太陽運動過來。 就在它們相互接近的過程中，彼此間產生了巨大的萬有引力，而且越來越 大，使得這兩顆恒星上都出現了強烈的潮汐作用，于是就從它們的表面吸 出一股物質，它們彼此連接起來，形成了一座“橋”。當它們相掠而過時， 這座“橋”被帶著迅速地旋轉，獲得了巨大的角動量，而恒星本身的角動 量卻減少了。當這兩顆恒星分開後，“橋”被拉斷了，分成若干塊，每一 塊逐漸凝聚成一顆具有一定角動量的行星。 1917年，英國天文學家金斯發展了“星子假說”。他認為，從兩顆恒 星拉出來的物質“橋”是雪茄煙形狀的，兩頭細，中間粗，斷開後最粗的 部分就形成了太陽系中的木星、土星這兩顆最大的行星，剩下的較細的部 分則分別形成了土星以外和木星以內較小的行星。 “星子假說”把太陽系的起源歸因于一次偶然的災難事件，因此，此 類觀點就被稱為“災變說”。比如，英國的里特和美國的羅素認為，太陽 原來是一對雙星中的一顆子星，在某個時候，從遠方突然飛來一顆恒星， 與太陽的伴星相撞。它們就像子彈一樣朝著不同的方向彈去，同時拉出一 長串物質。這一長串物質被太陽所俘獲，發展成為太陽系中的各個行星。 跟在“災變說”後邊出現的是“俘獲說”。前蘇聯的地球物理學家施 密特認為，太陽周圍原先有著大量帶電的星際物質，逐漸冷卻後，它們不 再帶電，受太陽萬有引力的吸引而落向太陽。它們下落的速度越來越快， 就會產生相互碰撞、摩擦而重新帶電。在電的作用下，它們又停止下落， 在太陽附近凝聚成行星和衛星。按照施密特的說法，太陽原先是光棍一條， 當它在宇宙空間中運行時，突然鉆進了某個星際云中，在里面俘獲了一部 分物質，它們就是日後形成行星和衛星的材料。 按照“災變說？和“俘獲說”，太陽的年齡必定要比別的行星大，甚 至可以大上幾十倍、幾百倍，而根據各種測定，太陽的年齡與行星的年齡 非常接近，這一下子就使“災變說”和“俘獲說”失去了魅力。更致命的 是，這兩種學說都把太陽系的起源建立在偶然性之上，而天文觀測證明， 宇宙間有許多類似于太陽系的天體系統，這就說明太陽系不會是偶發事 件的結果。 隨著現代天文學和物理學的發展，特別是恒星演化理論的日趨成熟， 古老的“星云假說”重新煥發了青春活力。據統計，現代“星云假說”競 多達20多種。它們一致認為，形成太陽系的是銀河系里一團密度較大的 星云，它是由巨大的星際云瓦解而來的，一開始就在自轉，并在自身引力 下發生收縮，中心部分形成了太陽，外部演化成星云盤，星云盤隨後形成 了行星。 現代“星云假說”既有觀測資料，又有理論計算，能夠比較詳細地描 述太陽系的起源過程，但它們彼此間還存在著不小的爭議。 但不管怎么說，現代“星云假說”對太陽系的許多特征都能作出比較 合理的解釋，不過在它的面前也擺著一些沒有解決的問題。比如，根據現 代“星云假說”，每個恒星都應該有自己的行星系統，但據觀測，在離太 陽13光年范圍內的22個恒星中，至今只有3個可能有行星系統，這是為 什么呢？ 總之，太陽系的起源之謎至今還不能說完全地揭開了，還需要人們進 一步加以研究。 P5-8