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1.太阳的基本性质
不管从哪方面来衡量,太阳真是一颗毫不起眼的恒星,只是它恰巧成为了我们不可缺少的太阳,成为我们一切光明和能量的源泉,如果没有它,我们就不能生存。太阳并不特殊这一点是十分关键的,因为这提示了形成太阳所经历的任何过程,其实是很普遍的,所以适用于不少恒星。当太阳诞生后,很快,一队行星也跟着形成了,这说明行星的形成可能是恒星形成的副产品,并且是天然的,而行星系也许是普遍的。后来,人们又接连发现了不少近旁恒星周围的行星,也为该观点增加了可信度。
所有有关太阳系形成的理论都能够对太阳的一般性质加以说明,那么这些性质是什么呢?看来太阳系已经过了长时间的演化,因此,我们不能肯定它今天的所有特征反映了在遥远的过去它占有主动地位的条件。但是,如果只考虑太阳系最一般的特征,我们就可以将反映其起源的基本性质确定下来。
(1)太阳包含太阳系99.9%的质量。然而,行星包含太阳系98%的角动量。
(2)一切巨行星都有不少的卫星,一些较大的巨行星在相应行星的赤道上是公转着的。
(3)海王星轨道之外的外太阳系之内有一群小天体,其组成部分有水冰、各种冻结的气体、尘埃颗粒和比较大一些的岩态天体。
(4)我们的行星系包含三类行星。一类是,小型、密度大、岩石壳层的天体,被人们称为“类地行星”,由于其与地球类似,占据着太阳系的内部;另一类是,巨行星的密度低得多,也被人们称为“气态巨行星”,它们位于较外缘,像木星和土星,均为“气态巨行星”;还有一类是“冰态巨行星”(天王星和海王星),它们离太阳最远。
(5)一切行星都在同一方向环绕太阳完成运行的动作,而且多少均位于同一平面,该平面与太阳的赤道平面非常相似。
(6)行星在与公转相同的方向上进行自转,然而,其自转轴对于公转轨道面的倾角差别实在不小。
(7)太阳系天体的化学成分随着与太阳的距离的不同而发生相应的变化。
2.太阳星云是怎么回事
多少年来,人们提出了不少种理论,试图对太阳系的起源和特征进行相应的解释。18世纪,德国著名的哲学家伊曼纽尔·康德和法国知名的数学家皮埃尔·西蒙·拉普拉斯大胆地迈出了第一步,这两个人都设想原始的太阳星云是一个扁平的、自转的气体尘埃盘,行星从中凝聚出来。在人们发现了“金牛T”型星通常总是被星周盘包围着之后,该观念得到了更多人的认同。针对早期盘/星云的动力学演化和化学成分的研究工作,也明显增快了我们对支配太阳系形成的基本物理过程的了解速度。但是,依然有不少未解的问题,而尽管近些年来,人们取得了不小的进展,我们仍然还没能“吃透”行星的成因。
当太阳星云从分子云的收缩核形成的时候,它会受到不同过程的加热。随着物质落入环绕原太阳而形成的盘,一定的引力势能也会被转化为一定的热能。转动盘内随之而来的黏性耗散和放射性元素的衰变能够将额外的能量释放出来。当这些来源把能量储存进盘的内部深处的时候,新生的太阳会辐照表面各层,还会加热盘的表面各层。人们通过计算发现,在离太阳几天文单位之内的内盘,其温度会超过2000K。在该区域,尘埃粒子蒸发了,内盘完全成了气态。然而,如果距离太阳越远,温度就会变得越低。在太阳星云的外部区域,距中心数十至数百天文单位的地方,有星际分子,有颗粒,甚至还会有冰。
随着时间的流逝,太阳星云会慢慢地冷却下来,并使得分子和固体颗粒重新形成。每种分子和每类颗粒都有其形成的特征温度,也有其凝聚的特征温度。受到束缚力微弱的分子和冰不得不形成于盘较冷的外缘部分。然而,那些颗粒较大的,像硅酸盐和许多种含铁的化合物,会形成于较热的内盘。在存在温度梯度的情况下出现“凝聚现象”,最后结果是,太阳星云内的化学成分随着与年轻太阳不一样的距离,而产生一系列的变化。
冷却盘内固体颗粒的逐渐形成会明显影响于太阳星云随后的演化。在星云内部,关键的凝聚物是硅酸盐和铁化合物。在星云外部较冷区域,积聚着不少二氧化碳、水和其他类型的冰,并与一些原本就存在的星际颗粒混合起来,后者利用收缩的形式,从而使太阳及其盘的原始星云的留存物得以形成。行星形成的最后结果也将这些变化如实地反映了出来。类地行星主要由岩石类物质,比如硅酸盐和金属组成,而木星及木星外的气态巨、冰态巨行星则有不少氢、氦和水以及一些难熔的化合物。
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