3.太阳系的起源和演化假说

　　太阳系的特征和运动在宇宙中并非独一无二，有证据表明，许多恒星也具有类似太阳系的天体系统。这样，重视太阳系起源和演化的探讨，将对其他恒星和星系乃至整个宇宙的研究，具有重大意义。但探讨太阳系的起源，主要还是探讨太阳这个太阳系中心天体的起源。这个中心问题解决了，太阳系的起源问题就可迎刃而解。因此，多年来天文学家对于恒星的诞生都非常感兴趣，这是因为太阳系的起源所遵守的法则，很可能与其它恒星起源所遵守的总法则一致。

　　近年来对恒星的起源，普遍的观点是：在星际空间存在着大量的运动着的气体和尘埃；使这些气体和尘埃运动的主要原始力量，是由万有引力引起的质点间的引力和质点旋转时产生的离心力，而这两种力在一般情况下是平衡的；由于空间物质分布的不均匀，在某一阶段导致平衡被破坏的时候，就依次产生凝聚作用，使气体和尘埃聚集到整个体系的中心，形成原始的恒星。

　　对这种恒星起源的假说，总的看法虽然是一致的。但是，对于一个恒星怎样形成一个以它为中心的天体体系，却没有一个统一的认识。关于太阳系的起源，近几百年来已有30多种假说问世，都试图给围绕太阳的准有序行星体系以合理说明。讨论的焦点主要是这些原始颗粒是气态的，还是固态的？是热的，还是冷的？是来自太阳，还是来自其它空间？归纳起来基本可分为两大类型：一类是设想行星是通过一个连续不断的，缓慢的过程形成的，即常说的均变论；另一类是设想行星是由于某种非同寻常的，猛烈事件的结果形成的，即常说的灾变论。这里只介绍几个典型假说。

星云假说始于1755年，当时的德国人康德依据牛顿万有引力理论，提出一种设想；一种原始的、缓慢旋转的气体云（现在称星云），受某种未确定的增温作用，凝聚成许多分散的球状体——太阳系的整个天体系统。这个假说的最大贡献是，精辟地解释了行星绕太阳旋转的同向性，以及行星轨道的近圆性和共面性。因为母体星云的自转必然保持在太阳的自转中，而且围绕太阳公转和自转的行星运动的方向，也应与太阳自转方向相一致。这一假设，到了1796年由法国人拉普拉斯再度提出，并认为原始的星云物质是炽热的。

　　按照拉普拉斯的看法，原始的气体物质是炽热的，在逐渐冷却中开始收缩。这种作用一旦发生，自转速度就会加大，直至连续的气体物质环被离心力旋离中心物质为止。最后这种气体物质环就凝聚成行星（见图1-15）。后来人们把他们的学说合称为康德-拉普拉斯星云说。这种假说的基本论点是：第一，太阳系在时间上的历史，是“某种在时间的进程中逐渐生成的东西”。第二，形成太阳系的物质基础是弥漫星云，即大团的气体和尘埃。第三，形成太阳系的动力是自引力，即星云各部分相互吸引的力。这些观点均经受住了时间的考验。现在人们都肯定了天体有时间的历史、弥漫星云的存在和自引力的作用。当然，作为一个假说，不可能是完美的。如康德认为形成太阳系的是银河星云的整体，而拉普拉斯认为形成太阳系的星云物质是炽热的。这些观点是不对的。因为现在的资料证明一个星云的质量远远大于一般的恒星质量；而形成太阳系的星云物质是低温的，从星云到太阳系的历史，是由冷变热的历史，而不是相反。

　　康-拉星云说还有个致命的缺点，那就是该假说与太阳系行星的角动量实际情况不符合。按角动量守恒定律，旋转的星云总体应保持住它的角动量，而且汇聚了星云绝大多数物质的太阳，应具有很大的角动量。实际上，太阳质量虽然占整个太阳系总质量的99.8％，角动量却只占1％，而远离太阳快速公转的木星、土星等大行星却具有很大的角动量。有人解释为太阳在形成过程中， 由于增温而向周围辐射大量的能量和粒子流，而减低了自转速度，但这也不能完全说明问题。

　　碰撞说认为曾经有一个大星体运行经过太阳时，由于重力吸引，从太阳上撕下来的舌状物质，经过冷却破裂，形成小块体或小行星，飞入绕太阳运行的轨道，而它们的轨道与经过之星体的轨道同处于一个平面上。由于碰撞和相互吸引，较大的小行星施以吞并，最后形成行星。这种假说虽可以解释太阳系行星角动量大（比观测到的数值仍小得多）以及行星轨道的共面性和同向性等，但是天文学家认为，从太阳上撕下来的物质是温度很高的气体，这些气体脱离太阳会因剧烈爆发而散布在星际空间，不会凝聚成行星。

　　另外，在广垠无际的宇宙空间，使得两颗大星体接近的可能性极小。这种假说实际上与星云说相反，不是主张均变，而是主张灾变的。

　　还有湍流说、累积说等等。但是，这些假说都不能完美地解释太阳系的现在。“现在是历史的钥匙”，当然也就不能科学地说明太阳系的起源。在比较中多数科学家还是更多地承认星云说，并用现代理论加以理解，把太阳系的起源和演化概括为如下的过程：

　　银河星云中产生太阳星云，太阳星云形成星云盘，星云盘中产生太阳和行星。

　　并解释为：银河弥漫星云因自引力而收缩，在收缩中产生旋涡。旋涡使星云碎裂成大量的碎片，每一碎片具有一个恒星的质量，以后分别开成恒星。其中形成太阳系的原始星云，称为太阳星云。

　　在自引力作用下，太阳星云进一步收缩，使原来的旋转速度加快，而产生更大的惯性离心力。此力使太阳星云各部分的收缩产生不均匀性，赤道部分的收缩最慢。随着引力收缩的不断进行，太阳星云就变得愈来愈扁。这种收缩、体积变小、旋转加快、离心力加大的过程持续进行，当离心力足以全部抵消自引力时，赤道部分的物质就在原处停留下来。这样太阳星云就逐渐形成一个中部厚而周围薄的又圆又扁的天体，称星云盘。

　　星云盘进一步收缩，中心和主要部分形成原始太阳，原始太阳因持续收缩而不断增温，最后因高温高压而成为一个能够进行热核反应，自身放热发光的恒星——太阳。与此同时，在星云盘的周围部分进行着行星的形成过程。首先是物质的集聚，然后是吸积，使星云盘中的尘粒因吸积和碰撞，相互结合，尘粒体积逐步增大，称为星子。在星子间持续碰撞和吸积过程中，有些特大的星子就在现在的行星轨道附近形成，这些特大的星子叫星胎，就是现在九大行星的前身。

　　在星胎日益增大过程中，引力愈来愈大，它们的吸积作用愈来愈靠引力来实现，到了一定时候，引力吸积取代了碰撞吸积。在一定空间范围内，星胎将所有的星子吞并，体积加速壮大，最后，九大行星就形成了。在一些行星的周围，以相似的过程聚集成卫星。这就是我们现在看到的太阳系的形成过程。