銀河系的形成 銀河系是太陽系和地球所在的巨大恒星系統(tǒng)，包括大約一千億顆恒星和大量星云、星際氣體和星際塵埃。銀河系的直徑大約為十萬光年，中心厚度大約12000光年，太陽系距離銀河系中心大約27000光年。是一個中心呈棒狀結構的螺旋星系。至少有四條旋臂從銀河系中心延伸出來，最新研究表明，其中兩條旋臂內(nèi)恒星明顯尚未發(fā)育完成。 銀河系全景示意圖。圖中箭頭所指為太陽系位置。作者：Jeff 由于未發(fā)現(xiàn)更大的引力源，銀河系可能不存在公轉運動。只存在形成之初由于磁力相斥而引起的相對運動。簡單說，銀河系是四處游蕩，橫沖亂撞的，不象太陽和地球有規(guī)律的公轉。 越靠近銀河中心恒星越密集。觀測表明，銀河系中心有巨大質量和緊密結構。 觀測還發(fā)現(xiàn)，有大約一千萬個太陽質量的物質向太陽系方向運動，在銀心的另一則有大體相同質量的物質遠離銀心而去。 在銀河系中心的人馬座A處，有一強射電源，發(fā)出強烈的同步加速輻射。銀河系中心區(qū)域不大于木星繞太陽軌道。 太陽系大約2.25至2.5億年，繞銀心一圈，可稱為銀河年。以太陽年齡計算，太陽已繞銀心20至25次。 銀河系有兩大伴星系，大麥哲倫星系和小麥哲倫星系。這兩個伴星系，只有在地球南半球才能看到。 中國古代文化視銀河為天河。李白“飛流直下三千尺，疑是銀河落九天”的詩句被廣泛傳頌。牛郎織女的故事更是家喻戶曉，每年農(nóng)歷七月初七，傳說中的牛郎織女在銀河鵲橋上相會，被視為中國的情人節(jié)。 在希臘神話里，銀河是天后赫拉濺灑在空中的奶汁。傳說赫拉的奶汁象唐僧肉一樣，吃了會使人長生不老，赫拉的丈夫宙斯想讓自己的私生女吸她奶汁而長生不老，被赫拉發(fā)現(xiàn)后推開，奶汁灑向空中形成銀河。 銀河系形成之初，重元素和放射性元素極少，鐵元素和輕元素相對較多。在氦元素階段，由放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量很少，內(nèi)核溫度升高很慢，氦元素液體遲遲不能氣化，最后形成內(nèi)核時，鐵元素和輕元素占的比例很高，內(nèi)核質量已經(jīng)很大。 同樣，在氫元素階段和升溫階段，銀河內(nèi)核溫度升高很慢，形成時間很長。銀河內(nèi)核溫度升高到1000萬度時，銀河質量和體積都變得很大，兩極的氣眼孔徑變小，銀河外殼變得很厚，外圍大氣層也很厚。銀河形成時，周圍恒星相距十分遙遠，銀河無法從外界得到光和熱，表面是氫海洋。氫海洋的巨大壓力和厚重的大氣層成為保護外殼不被沖破的重要屏障。 氫熱核聚變開始后，銀河內(nèi)部由于厚厚的保溫外殼和巨大的外層壓力，內(nèi)核快速升溫到1億度。銀河內(nèi)核開始氦聚變成碳的核聚變反應。反應生成的碳在兩極氣眼吸入的循環(huán)氣流的推動下，流向外殼，冷卻成為固體，外殼物質得到補充，外殼變薄的速度變慢，甚至停止。 銀河內(nèi)部溫度繼續(xù)升高，當溫度升高到幾十億度時，銀河內(nèi)部變成一個元素加工廠，氫元素聚變成外殼所需的碳、氧、硅、鎂、鐵等輕元素，鐵元素又聚變成放射性元素和重元素。同時，外殼又在核聚變反應產(chǎn)生的中子撞擊下發(fā)生吸能核裂變，吸收靠近外殼的熱量，保護外殼不被溶化。這時的銀河如被觀測到，就是一個活躍星系或者黑洞。 當銀河內(nèi)部溫度和壓力達到一定程度時，銀河赤道外殼某一薄弱部分就會被沖破。 銀河系在形成過程中，外殼至少三次被沖破。  天體多次噴發(fā)圖。圖中天體周圍盤狀分布的氣體物質明顯有多個層次，是多次噴發(fā)的結果。離觀察者近的物質溫度高，是后來噴發(fā)的物質，離觀察者遠的物質溫度低，是較早噴發(fā)的物質。反映天體噴發(fā)越來越猛烈。哈勃太空望遠鏡圖片 銀河外殼第一次被沖破時，是單向沖破。銀河就像裝了一個巨大的火箭發(fā)動機，在宇宙中飛行，噴射出的物質帶形成大小麥哲倫星系。天文觀測發(fā)現(xiàn)大小麥哲倫星系與銀河系中心有物質帶相連。內(nèi)部高溫高壓氣體噴發(fā)完后，噴射口封閉，銀河內(nèi)部又開始升溫。  天體單向噴發(fā)圖。哈勃望遠鏡圖片 當銀河內(nèi)部溫度和壓力達到一定程度時，銀河外殼第二次被沖破，這次是雙向沖破，形成銀河系兩條旋臂。內(nèi)部高溫高壓氣體噴射完后，噴射口封閉，銀河內(nèi)部又開始升溫， 當銀河內(nèi)部溫度和壓力又達到一定程度時，銀河外殼發(fā)生第三次沖破，也是雙向沖破，形成銀河系另兩條旋臂。在第三次噴射過程進行中，銀河外殼整體崩潰，形成一個棒狀物質分布帶。除了三次有明顯遺跡的噴發(fā)外，銀河系還可能發(fā)生了多次噴發(fā)，甚至有可能從兩極噴發(fā)。 銀河主要由鐵構成的內(nèi)核在失去周圍大部分氣體和大部分外殼后，成為類星體，并逐漸演化成今天觀測到的銀河系中心黑洞。 在銀河旋臂和棒狀物質分布帶中，放射性元素和重元素比例很高，形成上千億顆類似太陽的恒星，這就是我們今天看到的銀河系。 第三節(jié) 活躍星系 類星體 黑洞 在對宇宙的長期觀察中，天文學家還發(fā)現(xiàn)了很多與普通恒星不同的天體。至今為此，這些天體的定義是不明確的，特征是混雜的。這些天體歸納起來主要有活躍星系、類星體、黑洞三類?，F(xiàn)在一般認為，這三類天體都可能與神密的黑洞有關。實際上，這三種天體是星系形成過程中的不同階段而已，并無神奇之處。活躍星系的特征是：有很密集的質量，在通常一顆恒星的空間存在數(shù)以千計的恒星；一部分活躍星系完全不發(fā)可見光；活躍星系周圍有大量的等離子體向外運動；有的活躍星系形成向翅膀一樣的瓣片。有的活躍星系則有很明亮的核心，發(fā)出強烈的各種射線。總的來說，活躍星系發(fā)出的不可見射線比可見射線多。 活躍星系是超大質量天體外殼被沖破后，內(nèi)部氣體擴散出來，但新的恒星尚未在其中完全形成時的狀態(tài)。不發(fā)光是因為新的恒星尚未形成。有的活躍星系有明亮的中心，是超大質量天體中心溫度還沒有降下來。超大質量天體內(nèi)部溫度高達幾十億度，發(fā)射高強度的各種射線?；钴S星系周圍的瓣狀，是形成螺旋形星系時兩端噴射的各種物質。 類星體的特征是：是宇宙中能量最高的已知天體，質量比活躍星系還要密集。體積很小。從可見光來看，象普通恒星，亮度與普通恒星相差不大，因此，稱為類星體。其發(fā)出的光亮度在不斷變化，在地球上觀察，每周都不同，甚至每一天都不同。輻射功率很大。周圍存在背景星系。引力很大。 類星體是超大質量天體解體形成螺旋星系后的殘骸。主要是超大質量天體殘存的鐵內(nèi)核、部分外殼以及氫氦氣體?？梢钥闯梢粋€鐵內(nèi)核很大的普通恒星，所以其光度跟普通恒星一樣。光度的變化是超大質量天體噴射口旋轉時的變化。因為是在形成星系的早期，殘骸仍有很高的溫度，輻射出很強的射線。周圍的背景星系，是超大質量天體噴出的物質正在形成恒星群。引力很大是鐵內(nèi)核發(fā)出的磁力，不是萬有引力。質量很大是把磁力誤認為引力的假象。實際上，類星體的質量和能量都小于活躍星系。類星體其實就是大的脈沖星。類星體最終將演化成完全的黑洞。 黑洞的特征是混雜的。主要是把外殼沒有被沖破時的天體和天體演化到最后剩下的鐵內(nèi)核殘骸都看成黑洞。兩者是有很大區(qū)別的。 現(xiàn)在一般認為黑洞的特征是：完全不發(fā)光；有巨大的引力；吸引其它星體下落時形成吸積氣盤，其它物質呈盤旋狀下落，不是直線下落；能撕裂其它天體；有的黑洞還有強烈的物質流噴出；發(fā)出X射線；往外發(fā)射質子；黑洞體積大小不一。 黑洞是天體噴發(fā)后殘存的鐵內(nèi)核。由類星體演化而來，也可以在超大質量天體外殼解體過程直接形成。主要由鐵元素構成。在宇宙射線高能粒子撞擊下發(fā)生核裂變，吸收熱量，溫度下降到接近絕對零度，完全不對外發(fā)光發(fā)熱。 黑洞巨大的引力是磁力，不是萬有引力。吸引其它天體時，主要是吸引其它天體的鐵內(nèi)核，其它天體旋轉下落時，由于磁極的相吸和排斥作用，形成旋轉下落的吸積氣盤現(xiàn)象。撕裂其它恒星是由于黑洞只對其它恒星內(nèi)部的鐵內(nèi)核發(fā)出強磁吸引力，其它恒星因受力不均而被撕裂。黑洞強烈的物質流噴出，是因磁性的相吸作用，強烈吸引過來的含鐵天體，在臨近時，由于黑洞和被吸引過來的含鐵天體的自轉，磁極反轉，強烈的吸引力突然變成強烈的排斥力，物質加速噴出。實際上，黑洞噴出物質流的形狀與磁力線的形態(tài)極其類似。 黑洞鐵內(nèi)核發(fā)生吸能核裂變生成的鈦等元素，能發(fā)生類似原子彈爆炸的吸能鏈式核裂變，吸收大量的熱量，同時大量中子射出。中子衰變后形成質子被觀測到。鐵內(nèi)核和導體外殼旋轉速度不一致，形成磁力線切割，黑洞就象一個發(fā)電機。 實際上，任何天體都有鐵內(nèi)核，鐵內(nèi)核冷卻到接近絕對零度時，都不發(fā)光和發(fā)熱，所以有大小不一的各種黑洞。而磁鐵內(nèi)核強大的磁力使黑洞看起來質量很大。 黑洞吸引天體盤旋下落的吸積氣盤現(xiàn)象、撕裂其它天體現(xiàn)象和強烈的物質流噴出，是黑洞就是大磁鐵球的證據(jù)。萬有引力不可能產(chǎn)生如此現(xiàn)象。在近距離內(nèi)，磁力要比萬有引力大得多。這也是黑洞超大質量謬誤的由來。 神奇的黑洞一點都不神奇，一個冷冰冰的大磁鐵球而已。把外殼未被沖破的天體看成黑洞，純屬誤會。 黑洞的結局也是消無聲息的。黑洞幾乎全部由鐵、氦、輕元素構成，這些元素發(fā)生核裂變時吸收熱量。在宇宙射線高能粒子撞擊下發(fā)生吸能核裂變和自身吸能核裂變作用下，不斷降溫，溫度無限接近絕對零度，形成玻色—愛因斯坦凝聚。在自轉離心力的作用下解體，形成單個原子分散到宇宙空間去，成為新恒星的原料。 第四章 恒星與太陽 第一節(jié) 恒星概述 在超大天體解體后形成的物質分布帶中，新的恒星開始誕生。通常講的恒星是指有較大質量，向外發(fā)熱發(fā)光的天體。太陽是典型的恒星。恒星布滿地球四周的天空，白天由于太陽光的照耀，肉眼無法看到其它恒星，但白天天空的恒星和晚上看到的星星是一樣多的。 恒星的基本結構與超大質量天體、行星基本上是一樣的。經(jīng)過氦元素階段，氫元素階段，升溫階段和核聚變反應階段后，進入運行演化過程，由于各結構層的比例不一樣，導致超大質量天體和行星不對外發(fā)熱發(fā)光。 恒星形成于超大質量天體解體后的物質分布帶中。超大質量天體內(nèi)部部溫度很高，生成大量的放射性元素和重元素，輕元素相對較少。早期恒星形成后，中間放熱層很厚，外殼和大氣層較薄，內(nèi)部升溫很快，外殼溶化變薄的速度也很快，恒星外殼在內(nèi)部溫度未達到氦聚變成碳前，就被沖破。恒星外殼物質無法得到補充。 恒星外殼被突破是內(nèi)部高溫壓力和恒星內(nèi)部原子彈爆炸共同作用的結果。原子彈爆炸是指恒星內(nèi)部重元素聚集層的放射性元素和重元素，在恒星呼吸作用下，涌向外殼，變冷固化，達到核裂變臨界體積，發(fā)生的鏈式核裂變反應。反應通常發(fā)生在固體外殼與液體巖漿層交界處，在地球上表現(xiàn)為地震。 恒星對外發(fā)熱發(fā)光是一種突變現(xiàn)象,突破恒星外殼的爆炸噴發(fā)是恒星對外發(fā)光發(fā)熱的必經(jīng)過程。這種現(xiàn)象在天文觀測中表現(xiàn)為，恒星突然發(fā)亮，或者快速由暗變亮。 恒星外殼溶化是一個過程。這個過程相對恒星演化而言是短暫的，但對于地球上人類觀察者而言，則是漫長的。我們看到的恒星產(chǎn)生以及恒星由暗變亮就是恒星外殼的溶化過程。很多恒星要經(jīng)歷多次爆炸噴發(fā)，才能溶化外殼。 超新星爆炸，新恒星的產(chǎn)生，恒星的由暗變亮,是恒星爆炸噴發(fā)突破外殼,突然發(fā)熱發(fā)光的證據(jù)。恒星的突然發(fā)熱發(fā)光表明恒星有一個很長時間的能量積累過程，這種能量積累只能在外殼保護下完成。 地球上觀測到的超新星爆炸是恒星噴發(fā)突破外殼的一次嘗試，是恒星對外發(fā)光發(fā)熱的前奏。有的爆炸噴發(fā)會將恒星整個摧毀，只剩下鐵內(nèi)核，形成小型黑洞。是恒星的非正常死亡。 天文望遠鏡看到的新恒星的產(chǎn)生，就是恒星外殼被溶化掉，突然對外發(fā)光發(fā)熱。 人類在距今2100年左右曾記錄天狼星是紅色的，現(xiàn)代觀察發(fā)現(xiàn)天狼星是白色或者藍白色的，總之絕對不是紅色的。這意味著天狼星表層溫度急劇升高。這實際上是天狼星外殼被溶化或噴出，表層的輕元素核裂變產(chǎn)生的吸熱核反應減少的結果。 同樣，北極星的亮度也是不穩(wěn)定的。兩千年前的希臘學者記載的北極星平均亮度要比現(xiàn)在暗三倍。這也是由于北極星爆炸引起外殼溶化或噴出，表層的輕元素裂變產(chǎn)生的吸熱核反應減少的原因。 恒星爆炸噴發(fā)的結果多種多樣。有一次性爆炸把恒星整個摧毀；有把恒星炸成兩半，形成雙恒星；有多次爆炸形成多恒星；有多次小型爆炸形成多個行星。 恒星爆炸不是發(fā)生在恒星中心，一般發(fā)生在固體外殼和液體巖漿層交界處。一般不會摧毀整個恒星。爆炸是把恒星外殼炸開一個口子，恒星內(nèi)部氣體外泄，外泄的氣體重新形成新的天體。 恒星爆炸噴發(fā)一般一次比一次猛烈。這是因為恒星外殼越來越厚越來越密實，能夠承受的壓力和溫度越來越高，恒星爆炸噴發(fā)時的溫度和壓力越來越高的緣故。爆炸噴發(fā)會引起恒星自轉變慢，自轉變慢導致放射性元素聚集層下沉，間接增加外殼厚度。 恒星通過爆炸噴發(fā)溶化外殼，開始向外發(fā)光發(fā)熱，進入平穩(wěn)運行階段。最后開始消亡。 恒星的消亡有以下幾種情況。  變成紅巨星。質量較小的恒星，內(nèi)部溫度始終低于1億度，構成內(nèi)核和外殼的鐵元素和輕元素物質始終得不到補充。鐵內(nèi)核的鐵元素裂變消耗完后，恒星失去內(nèi)核，中心變成氣體，自轉中劇烈搖晃，外圍氣體向外擴散，形成紅巨星。并逐漸降溫分解到宇宙空間去。恒星死亡。 變成脈沖星。氫元素含量較少的恒星，當氫元素燃燒消耗完，恒星內(nèi)核和外殼都還存在，大氣層只有氦元素，內(nèi)部溫度又不足于發(fā)生氦核聚變反應，熱核反應不再發(fā)生，只發(fā)生吸熱核反應。原來充滿中間層的氫氣體被氦氣體取代。恒星溫度快速下降，當溫度接近絕對零度，低于攝氏零下270.9度時，氦元素液化，充滿內(nèi)核與外殼之間的空間，成為外殼旋轉的潤滑劑。氦元素的低溫超導性，使恒星殘骸成為一臺巨型發(fā)電機，導體外殼圍繞磁鐵內(nèi)核高速旋轉，向外發(fā)出強烈脈沖。這些脈沖是能過外殼的縫隙向外發(fā)射的，在高速自轉中顯得很有規(guī)律。 當脈沖星溫度無限接近絕對零度時，發(fā)生玻色—愛因斯坦凝聚，在離心力作用下，分解成單個原子，消散到宇宙空間去，成為新恒星產(chǎn)生的原料。 變成白矮星。有的恒星演化到最后只剩氫、氦、碳元素，碳元素和氦元素的吸能核裂變反應，吸收熱量，恒星溫度下降，碳固化成為內(nèi)核，最后成為一個鉆石星。  紅巨星晚期圖。圖中顯示的是一個距地球約700光年的紅巨星晚期。氣體物質四處散開。中心是冷卻后的碳元素，形成白矮星。哈勃太空望遠鏡圖片 當鉆石星溫度無限接近絕對零度時，發(fā)生玻色——愛因斯坦凝聚。在離心力作用下，分解成單個原子，消散到宇宙空間去，成為新恒星產(chǎn)生的原料。 變成小型黑洞。有的恒星演化到最后，失去外殼和氣體，只剩下鐵內(nèi)核，成為小型黑洞。當黑洞溫度無限接近絕對零度時，發(fā)生玻色——愛因斯坦凝聚。在離心力作用下，分解成單個原子，擴散到宇宙空間去，成為新恒星產(chǎn)生的原料。 第二節(jié) 太陽系的形成 太陽是距離地球最近的恒星，距離地球1億4960萬公里，這個距離也叫一天文單位。位于銀河系內(nèi)側邊緣，與銀河系中心距離大約為27000光年。太陽直徑1392000公里，是地球直徑的109倍，質量大約是2X10的30次方千克，是地球的33萬倍，體積是地球的130萬倍。太陽本體約占太陽系總質量的99.86%。  太陽系示意圖 行星形成圖。圖中顯示恒星噴出的氣體物質環(huán)繞恒星。行星在環(huán)繞物質帶形成。哈勃太空望遠鏡圖片 太陽在環(huán)銀河系中心軌道上的速度是每秒220公里，大約2億5000萬年繞銀河系一周。 從化學構成來看，氫占74.9%，氦占23.8%，其它元素總和少于2%。表面引力是地球的28倍，表面溫度約5700度。 我們想象一下太陽開始形成時的畫面吧。 大約距今46億年前，在超大質量天體銀河噴射出的一條物質帶中，這條物質帶距銀河系中心約27000光年，溫度接近絕對零度，除了極遙遠的點點星光，這里一片黑暗，死一般沉寂。 物質在宇宙微波背景輻射的孵化下開始升溫，電子開始圍繞著原子核旋轉，鐵原子原子產(chǎn)生磁性。其中兩個鐵原子根據(jù)異性相吸，同性相斥的原理，吸附在一起，太陽生命受精了。 當溫度從絕對零度上升到攝氏零下272.2度時，液化的氦水滴吸附在這兩個鐵原子上，并圍繞這兩個鐵原子旋轉，兩個鐵原子被磁化，重新產(chǎn)生磁性，并在同性相吸，異性相斥的作用下，吸引其它異性鐵原子加入，推開其它同性鐵原子。 這兩個鐵原子經(jīng)過上億年的擒拿抱摔，拳打腳踢，俘獲異性，排斥同性。經(jīng)過氦元素階段，氫元素階段和升溫階段。兩個鐵原子成長為太陽，發(fā)育成熟，內(nèi)部充滿能量，因為此時太陽尚未對外噴發(fā)，質量比現(xiàn)在我們看到的太陽略大。因固體外殼的保護，體積比我們現(xiàn)在看到的太陽略小。內(nèi)部溫度達到1000萬度。開始發(fā)生氫熱核反應。 我們可以用五層結構和三個運動來形容此時的太陽。 五層結構自內(nèi)向外是內(nèi)核，發(fā)熱層，外殼，大氣內(nèi)層，大氣外層。 內(nèi)核主要由鐵元素構成。受中間層氫熱核反應產(chǎn)生的中子撞擊，鐵元素發(fā)生分散、少量的核裂變，吸收氫熱核反應向鐵內(nèi)核輻射的熱量，保護鐵內(nèi)核不被溶化，鐵內(nèi)核溫度不高于700度。鐵元素核裂變反應生成的鈦元素等吸附在鐵核表面。磁性的鐵核吸附從兩極氣眼吸入的氣流中的外層鐵元素，補充被消耗掉的鐵。兩極吸入，流向赤道的氣流將熱量帶向太陽的表面，降低鐵內(nèi)核附近的溫度。 放熱層由放射性元素和重元素構成。放射性元素自發(fā)衰變產(chǎn)生熱量，放射性元素和重元素都能在外來中子的撞擊下發(fā)生核裂變，產(chǎn)生熱量。放射性元素和重元素都能在同一元素聚集效應下，匯集超過臨界體積，發(fā)生原子彈爆炸，產(chǎn)生更多熱量。當溫度超過1千萬度時，氫元素發(fā)生氫熱核反應，產(chǎn)生更大的熱量。這些氫元素是經(jīng)太陽兩極吸入，經(jīng)過鐵內(nèi)核，到達放熱層的。 太陽外殼由輕元素和鐵內(nèi)核未能完全吸附的鐵組成。輕元素和鐵在中間層氫熱核反應向外射出的中子撞擊下，發(fā)生分散零星的核裂變，吸收熱量，保護外殼不被溶化。不時也發(fā)生鏈式吸能核裂變反應。與超大質量恒星很厚的外殼相比，太陽外殼很薄，最終被溶化突破是不可避免的。太陽表層最初極有可能存在水的海洋。 太陽的大氣層底層主要是氦元素。氦元素在各種粒子的撞擊下，發(fā)生吸能核裂變。 太陽大氣層最外層是氫元素。氫元素從兩極被吸入，在放熱層發(fā)生氫熱核反應，生成氦，氦從赤道滲出。 三個運動是指太陽的自轉運動，呼吸運動，公轉運動。 自轉運動是太陽圍繞自身旋轉軸的轉動。太陽的自轉運動由各種物質元素的匯集而加快，因各種物質元素的分散減少而減慢。太陽自轉使鐵內(nèi)核產(chǎn)生磁性，鐵內(nèi)核構吸附鐵元素，自我補充。太陽自轉還產(chǎn)生兩極旋渦氣眼，形成呼吸運動。 呼吸運動是指氫元素從太陽兩極吸入，在中間層氫熱核聚變生成氦，氦從太陽赤道呼出的運動。呼吸運動將太陽外殼下層巖漿層中的鐵元素帶向鐵內(nèi)核，方便鐵內(nèi)核吸附鐵元素。同時，將鐵內(nèi)核附近的熱量帶向太陽赤道，并使氫熱核反應區(qū)域遠離鐵內(nèi)核。在太陽赤道的通氣孔因巖漿凝固而封閉后，在太陽外殼以下同樣發(fā)生氣體和巖漿流向赤道，受阻后在外殼以下流向太陽兩極的循環(huán)運動。 公轉運動是指太陽圍繞銀河系中心的運動。公轉運動同時也是一種相對運動，太陽運動速度比周圍其它物質更快。太陽公轉運動最重要的作用是吸附公轉軌道上的各種星際物質。太陽最初的公轉意義重大，太陽吸附物質的空間范圍加大了無數(shù)倍。太陽大部分質量應該是在最初的公轉中獲得的，太陽不可能在原地中誕生。 太陽內(nèi)部氫熱核反應繼續(xù)發(fā)生，太陽內(nèi)部壓力不斷增大，溫度不斷升高，外殼被不斷溶化變薄。外殼終于被爆炸沖破了, 發(fā)生氣體噴發(fā). 太陽外殼被爆炸沖破的原因和力量有兩個：內(nèi)部壓力和突發(fā)原子彈爆炸。內(nèi)部壓力是太陽外殼被爆炸沖破的根本原因，突發(fā)原子彈爆炸是太陽外殼被爆炸沖破的直接誘因。 太陽外殼至少是在四次爆炸噴發(fā)沖破后，才被完全摧毀溶化的。 爆炸的具體過程是這樣的。由于自轉體的單一元素聚集效應，重元素聚集層的各種元素在液化后開始聚集，并在呼吸作用下流向外殼，冷卻固化，超過原子彈爆炸的臨界體積，發(fā)生核爆炸。放射性元素由于臨放界體積較小，不斷發(fā)生小規(guī)模核爆炸。重元素發(fā)生核爆炸的臨界體積呈幾何級數(shù)增加，爆炸的規(guī)模也更大。 原子彈爆炸把太陽外殼炸開一個大洞，內(nèi)部高溫高壓氣體象發(fā)射宇宙飛船一樣，把一塊外殼拋出去，同時氣體也持續(xù)不斷的射出，把外殼碎塊推得更遠。固體外殼部分形成一顆行星，氣體部分在更遠的地方形成另一顆行星。一次爆炸形成兩顆行星，四次爆炸形成了太陽的八顆行星。 天體噴發(fā)圖。圖中顯示，天體噴發(fā)方向指向地球，無法看到180度對向是否噴發(fā)。太陽噴發(fā)時，從地球（如果有）上看去極有可能就是這幅景象。哈勃太空望遠鏡圖片 大約在距今45.67億年后，距今45.4億年前，即太陽誕生后，地球形成前的3000萬年期間，太陽發(fā)生了兩次大爆炸，分別形成了水星、木星、金星、土星。 距今45.4億年時，距上次爆炸1000萬年后，比上兩次爆炸更大的爆炸發(fā)生了，原因是這時太陽的外殼更厚更密實。這次爆炸拋出的物質形成了我們今天的地球和天王星。 距今45.3億年時，也是在距上次爆炸1000萬年后，發(fā)生了第四次大爆炸，產(chǎn)生火星和海王星。理論上講，這次爆炸比前三次還要大，但火星的體積比水星、金星、地球都小，是因為火星后來在爆炸生成自己衛(wèi)星時發(fā)生了意外，把自已炸裂成很多小行星。部分物質被木星吸附過去。 哈勃太空望遠鏡圖片。天體多次噴發(fā)后形成的圓環(huán)形物質分布。類似早期太陽系，明亮的中心近處形成類地行星，外圍形成類木行星。 太陽還可能發(fā)生了多次不同規(guī)模的爆炸，但由于遺留殘物不明顯，暫不能斷定。 第三節(jié) 太陽現(xiàn)象解析 太陽是離地球最近的恒星，也是人類觀察最仔細的恒星。天文學家對太陽的觀察發(fā)現(xiàn)了很多奇特的現(xiàn)象，主要有太陽表面的米粒組織；太陽表面溫度只有5700度左右；太陽黑子和耀斑現(xiàn)象；大陽大氣層低溫現(xiàn)象；日冕高溫現(xiàn)象；太陽自轉動量偏小問題。太陽表面的米粒組織是用天文望遠鏡在太陽表面看到的一種現(xiàn)象。一些呈不規(guī)則形狀的小顆粒，象高溫燒紅的鐵塊一樣，比周圍氣體高約300度,呈劇烈的上下起伏運動。平均被觀察到的時間只有幾分鐘。小顆粒直徑一般為1000至2000公里，目前觀察到的最大米粒組織直徑是3萬公里，壽命約20小時。在老的米粒組織消失后，在同一位置又會出現(xiàn)新的米粒組織。非常類似煮大米粥時，米粒在開水中上下翻騰的情形，因此得名米粒組織。 米粒組織成因是太陽內(nèi)部某一區(qū)域發(fā)生吸能核裂變反應，吸收大量熱量，溫度降低，原本已經(jīng)氣化的放射性元素和重元素受冷，凝固成巖石塊。巖石塊在氫熱核反應產(chǎn)生的中子撞擊下發(fā)生放熱核裂變，升溫變亮，并在太陽呼吸作用下被推向太陽表面。實際上，由于太陽內(nèi)部同時存在吸熱反應和放熱反應，太陽內(nèi)部物質一直在冷卻固化和受熱溶化之間不斷循環(huán)往復。 觀察表明，太陽表面溫度約為6000K，大約5700度。相對太陽內(nèi)部1000多萬度的高溫，這是一個很低的溫度，也是一個異常的溫度。太陽表面低溫產(chǎn)生的原因是，太陽早期固體外殼雖然已經(jīng)被溶化碎裂，但各種輕元素物質仍分布在太陽外層，在氫熱核反應產(chǎn)生的中子撞擊下，發(fā)生分散的吸熱核裂變反應，吸收熱量，降低太陽表面溫度。太陽表面溫度不高，不是太陽內(nèi)部高溫自然傳導的結果，而是吸熱核裂變反應吸熱降溫的結果。 太陽表面有太陽黑子和太陽耀斑現(xiàn)象。太陽黑子是太陽表面的一個明顯低溫區(qū)域，比周圍低1000到2000度，看上去比周圍區(qū)域都要黑暗，所以稱為黑子。有的太陽黑子很大，在地球上可以用肉眼觀察到。 太陽黑子圖。哈勃太空望遠鏡圖片 太陽耀斑圖。哈勃太空望遠鏡圖片 人類很早以前就觀察到了太陽黑子現(xiàn)象。中國古代漢字中用☉代表太陽，表明中國很早以前就已看到了太陽黑子?！稘h書》中記載了最早的黑子記錄：“日出黃，有黑氣大如錢，居日中央。”公元前400年，希臘人曾經(jīng)看到過太陽黑子，但在歐洲被遺忘，直到1605年伽利略重新發(fā)現(xiàn)了它。 太陽耀斑現(xiàn)象與太陽黑子現(xiàn)象相反，是在太陽表面出現(xiàn)的一個明顯高溫區(qū)域，顯得特別明亮，一般突然出現(xiàn)在太陽黑子周圍，壽命為幾分鐘到幾十分鐘，釋放大量熱量，射出大量射線，相當于十萬至100萬座火山同時爆發(fā)，100億顆氫彈爆炸的能量。太陽耀斑與太陽黑子有明顯的伴隨出現(xiàn)現(xiàn)象，并有明顯的周期現(xiàn)象，兩個高峰期一般相差11年。 形成太陽黑子和太陽耀斑的原因是，太陽的鐵內(nèi)核在氫熱核反應向內(nèi)發(fā)射的中子撞擊下，發(fā)生分散吸熱核裂變反應。反應生成物（極可能是鈦元素），在鐵核表面累積。受太陽穩(wěn)定的氫熱核反應影響，這種積累也是均勻穩(wěn)定的。經(jīng)過11年周期后達到一定厚度，開始碎裂并從鐵核表面脫落，在太陽呼吸作用下，脫落碎塊向太陽表面運動。由于不同元素吸附不同速度中子的特性，在到達特定區(qū)域時，發(fā)生吸熱鏈式核裂變反應，這是一種吸收熱量的原子彈爆炸，吸收大量熱量，形成低溫區(qū)。低溫區(qū)的放射性元素和重元素凝結成固體。低溫區(qū)繼續(xù)運動到太陽表面，形成太陽黑子現(xiàn)象。 從鐵內(nèi)核脫落的鈦元素塊發(fā)生的吸能原子彈爆炸產(chǎn)生大量中子，撞擊周圍已形成固體的重元素和放射性元素，發(fā)生放能原子彈爆炸，形成太陽耀斑現(xiàn)象。 太陽黑子和太陽耀斑是太陽內(nèi)部同時存在吸熱反應和放熱反應，太陽內(nèi)部物質在冷卻固化和受熱溶化之間不斷循環(huán)往復的集中表現(xiàn)。 距離太陽表面約500公里的大陽大氣層有一個明顯的低溫區(qū)，溫度約3800度。其形成原因是，這一區(qū)域是太陽大氣層的氦元素分布帶，氦元素在各種高能粒子撞擊下，發(fā)生吸熱核裂變反應，吸收熱量。 太陽日冕高溫現(xiàn)象是指在太陽低溫區(qū)外的日冕溫度高達100萬至200萬度。其形成原因是，太陽大氣低溫區(qū)的氦吸熱核裂變反應產(chǎn)生的氫同位數(shù)，是氫熱核反應的原料，這些氫同位數(shù)上升到日冕層發(fā)生氫熱核反應，放出熱量，產(chǎn)生日冕高溫現(xiàn)象。 太陽日珥現(xiàn)象圖。哈勃太空望遠鏡圖片 日珥現(xiàn)象是太陽表面突出的一團物質，看上去象是太陽長了耳朵，故稱日珥。是太陽呼吸運動從赤道呼出氣體所致。 太陽自轉動量偏小問題。太陽自轉一周大約需要30天，木星自轉一周不到10小時。如果把太陽系全部自轉動量加在一起，木星占超過50%，四大類木行星加起來占整個太陽系軌道動量的98%。作為太陽系質量最大的天體，太陽本身占太陽系質量的99%，但卻只占太陽系軌道動量不到2%。四個類地行星的軌道動量幾乎可以忽略不計。太陽占有太陽系質量的絕大部分，在形成之初肯定也占有太陽系軌道動量的絕大部分，這些軌道動量是怎樣轉移到八大行星去的？ 太陽噴發(fā)形成行星的過程，是太陽自轉剎車減速的過程。多次持續(xù)的大規(guī)模噴發(fā)把太陽的軌道動量轉移出去，并被各個行星吸收。木星由于特殊的軌道位置，太陽每一次噴發(fā)，木星都能吸收到軌道動量，從而吸收了最多的軌道動量。四個類地行星是爆炸直接發(fā)射外殼碎塊的結果，受太陽噴發(fā)作用時間較短，獲得的軌道動量較少。四個類木行星是太陽持續(xù)噴發(fā)氣體的結果，受太陽噴發(fā)作用時間較長，獲得的軌道動量較多。 第四節(jié) 太陽的消亡 恒星消亡有三種方式，內(nèi)核消亡，呼吸消亡和爆炸消亡。太陽做為恒星，必然以三種方式之一消亡。太陽已經(jīng)過了爆炸期，固體外殼已經(jīng)溶化，能量積累機制已經(jīng)被破壞，不可能積累很大的能量，不可能再發(fā)生任何大的爆炸。太陽不可能爆炸消亡。 太陽氫元素含量極為豐富，并且氦元素的裂變反應，又產(chǎn)生氫元素，實現(xiàn)某種意義上的氫元素循環(huán)使用，太陽因為呼吸運動循環(huán)中斷，形成呼吸消亡的可能性也很小。 太陽內(nèi)部溫度較低，核聚變反應無法生成碳以及更重的元素，內(nèi)核物質和外殼物質都無法得到補充，數(shù)十億年后，太陽最終將失去固體內(nèi)核。沒有了固體內(nèi)核，太陽將無法穩(wěn)定運行，外圍物質將向四周擴散，形成紅巨星，最終消散在茫茫宇宙中，成為形成下一個恒星的原料。 第五章 行星與地球 第一節(jié) 行星概述 行星是指自己不發(fā)光，圍繞恒星運轉，并且質量和體積達到一定標準的天體。實際上，行星主要是指太陽系的八大行星。說到星系，我們可以說宇宙中有1000億個星系，比有史以來人類出生的總人口還要多，銀河系只是其中一個普通星系。 說到恒星，我們可以說宇宙中有20萬億億顆恒星，比地球上所有的沙子數(shù)量還要多，太陽只是其中一顆普通恒星。 但說到行星，我們必須說太陽系行星系統(tǒng)是最經(jīng)典和最完美的行星系統(tǒng)。因為其中的地球孕育了生命和人類。也許，太陽系多一顆行星或少一顆行星，行星的質量大一些或小一些，行星運動速度快一些或慢一些，行星之間的距離遠一些或近一些，都不會有生命和人類的誕生。除非我們在太陽系外發(fā)現(xiàn)了比人類更高級的智慧生命，否則太陽的行星系統(tǒng)就是最完美的。 1995年人類才發(fā)現(xiàn)了第一顆太陽系外行星。 實際上，我們對太陽系外的行星知之甚少，并且都是以太陽系行星，主要是以地球為參照標準進行分析判斷的。 太陽系行星系統(tǒng)由水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星八大行星組成。在火星與木星之間存在一個小行星帶。 從整體來看，太陽系八大行星表現(xiàn)出很多有序性。 質量有序。太陽系八大恒星由內(nèi)向外，每個行星的質量先是逐漸增大，到木星達到最大后，又依次減少。只有火星是例外。 運行軌道有序。太陽系八大行星的運行軌道都是近乎完美的圓圈。除離太陽最近的水星外。 軌道平面有序。太陽系八大行星幾乎都在同一平面上。這個平面稱為“黃道面”。 運行方向有序。太陽系八大行星繞日運行軌道的方向和太陽繞其軸自轉的方向一致。 衛(wèi)星運轉方向有序。太陽系所有的衛(wèi)星都是按照其母行星自轉方向繞母行星運行的，并且基本上都是在母行星的赤道平面上。 行星分布有序。類地行星都在內(nèi)側，類木行星都在外側。 衛(wèi)星數(shù)量有序。太陽系八大行星的衛(wèi)星數(shù)量從內(nèi)向外，由無到有，由少到多依序增加。 把這些特征放到一起看，就會發(fā)現(xiàn)太陽系的行星具有高度的有序性。這種高度的有序性是由同樣的形成過程帶來的。 第二節(jié) 太陽系行星的形成 太陽系行星的形成過程與恒星的形成過程有所不同。主要表現(xiàn)在以下幾個方面一、形成時溫度走向不同。恒星形成過程是升溫，行星形成過程是降溫。 恒星形成時是由接近絕對零度的低溫上升到1000萬度高溫的過程。 太陽系行星是由太陽噴發(fā)出來的超過1000萬度的高溫氣體物質冷卻固化形成。這個過程包括了全部化合反應所需要的溫度，除有機反應外，所有的化學反應幾乎都能發(fā)生，太陽系行星形成時的物質幾乎包括所有化合物。 二、形成溫度的起始點不同。 恒星形成過程的起點溫度是接近絕對零度的低溫，不同恒星的最高終點溫度是不同的。不同的最高溫點形成不同形態(tài)的恒星，有的生成氮，有的生成碳，有的生成鐵，有的生成放射性元素和重元素。 太陽系行星形成過程的起點溫度，是超過1000萬度的高溫，不同行星最低終點溫點因受太陽輻射不同而不同。液化、固化的物質不同，從而具有不同的質量。 三、形成時外部環(huán)境不同。 恒星形成時幾乎沒有外部熱量來源，外部外境是無限接近絕對零度。 太陽系行星形成時，存在太陽這個外部熱量來源，八大行星距離太陽遠近不同，受太陽輻射不同，八大行星形成時最低溫點不同，液化固化的物質不同，形成不同的球體質量。 四、形成時物質成分不一樣。恒星形成時物質元素以單一元素單原子形式存在，行星形成時物質既以單一元素存在，也以化合物形式存在。 現(xiàn)在我們看到的八大行星是長期演化的結果。太陽系行星演化過程中，經(jīng)過了太陽噴發(fā)、物質冷卻凝固、大氣梯度轉移三個主要階段。 一、太陽噴發(fā)階段 太陽經(jīng)過一般恒星形成過程的氦元素階段，氫元素階段和升溫階段后，進入氫熱核反應階段。這時太陽的固體外殼主要是在氫元素階段和呼吸作用帶來的輕元素組成，類似于地球上的沉積巖，強度和韌性都較低，不足于讓太陽產(chǎn)生更高的溫度和壓力。在赤道某一薄弱處，被內(nèi)部氣體突破，形成太陽噴發(fā)。 哈勃太空望遠鏡圖片。天體從赤道噴發(fā)。在自轉作用下，形成一個氣體物質環(huán)圍繞天體本體。太陽第一次噴發(fā)時就是這樣的景象。行星在其中冷卻形成。 天體多次噴發(fā)圖。圖中天體半圓狀分布的氣體物質明顯有多個層次，是多次噴發(fā)的結果。離觀察者近的物質溫度高，是后來噴發(fā)的物質，離觀察遠的物質溫度低，是早先噴發(fā)的物質。說明天體噴發(fā)越來越猛烈。太陽系早期形狀與這幅圖十分相似。在旋轉作用下，這些星云呈圓盤狀環(huán)繞在主星周圍，形成多個行星，與主星構成一個類似于太陽系的恒星系統(tǒng)。哈勃太空望遠鏡圖片 太陽第一次噴發(fā)時，裂開的一塊外殼，在內(nèi)部高溫高壓氣體的持續(xù)推動下，象發(fā)射太空飛船一樣，被推入水星軌道，形成水星。因為太陽自轉的作用，太陽噴出的氣體柱，不會一直對準外殼碎塊，太陽內(nèi)部氣體物質被噴發(fā)到更遠的木星軌道附近，形成木星雛形。 太陽噴發(fā)持續(xù)一段時間后，內(nèi)部溫度降低，內(nèi)外壓力趨于平衡，噴發(fā)口封閉，不再噴發(fā)。噴發(fā)造成太陽內(nèi)部溫度降低，自轉變慢，放射性元素聚集層內(nèi)收，高溫區(qū)內(nèi)移，外殼變厚。新增變厚的外殼是經(jīng)過溶化后的巖漿冷卻形成，是堅硬密實的火成巖，外殼的強度和韌性都增加了，變得更厚實了，太陽內(nèi)部能夠達到更高的溫度和產(chǎn)生更大的壓力。 太陽第二次噴發(fā)時，溫度更高，壓力更大，外殼碎塊也更大，被推出更遠，太陽內(nèi)部氣體物質也能噴射到更遠的軌道上，形成金星和土星雛形。 同樣道理，太陽第三次噴發(fā)時，形成了地球和天王星雛形。太陽第四次噴發(fā)時形成了火星和海王星雛形。 太陽的四次噴發(fā)形成了太陽黃道面上最初八條密集的物質分布帶。 二、物質冷卻凝固階段 物質從氣體變?yōu)橐簯B(tài)后，密度大大增加，不會被太陽風刮走。物質從氣體變?yōu)橐后w時的溫度是物質的溶點。我們以鈾、鐵、鋁、水四種物質為例來說明物質溶點在行星演化過程中的作用。 鈾的溶點是攝氏4131度，鈾元素高于這個溫度呈氣態(tài)，低于這個溫度呈液態(tài)。冰點是攝氏1132度，鈾元素低于這個溫度呈固態(tài)。 鐵的溶點是攝氏2862度，鐵元素高于這個溫度呈氣態(tài)，低于這個溫度呈液態(tài)。冰點是攝氏1538度，鐵元素低于這個溫度呈固態(tài)。 鋁的溶點是攝氏2518度，鋁元素高于這個溫度呈氣態(tài)，低于這個溫度呈液態(tài)。冰點是攝氏663度，鋁元素低于這個溫度呈固態(tài)。 水的溶點是攝氏100度，水高于這個溫度呈氣態(tài)，低于這個溫度呈液態(tài)。冰點是攝氏0度，水低于這個溫度呈固態(tài)。 太陽噴發(fā)出來的物質溫度降到攝氏4131度時，鈾氣體變成液體，形成鈾水球； 當溫度下降到攝氏2862度時，鐵氣體變成液體，形成鐵水球，包裹在鈾水球外面； 當溫度下降到攝氏2518度時，鋁氣體變成液體，形成鋁水球，包裹在鐵水球外面； 當溫度下降到攝氏1538度時，鐵最先固化成固體，形成鐵球，下沉包裹在鈾水球里，形成鐵內(nèi)核； 當溫度下降到攝氏1132度時，鈾固化成固體，形成固體鈾，發(fā)生核衰變，不時發(fā)生核爆炸，產(chǎn)生大量中子射向鐵內(nèi)核和外殼，使鐵內(nèi)核和外殼發(fā)生吸熱核反應，內(nèi)核和外殼冷卻固化； 當溫度下降到攝氏663度時，鋁固化成固體，形成固體鋁，包裹在固體鈾球外面； 當溫度下降到攝氏100度時，水氣體變成液體，形成水球，包裹在固體鋁球外面。 行星形成與恒星形成殊途同歸，最后由內(nèi)向外形成三層固體結構：內(nèi)核、放射性元素和重元素聚集的中間層、輕元素及其化合物形成行星外殼。 太陽系行星形成時的溫度也許跟現(xiàn)在不一樣，但由于距離太陽遠近不同，各個行星之間的溫度差是肯定存在的。由于太陽的熱輻射，每個行星物質分布帶的最低溫度是不一樣的。 水星距離太陽最近，物質分布帶的最低溫度是八大行星中最高的，能夠液化、固化的物質質量最少，固體球的質量最小，引力最小。 金星距離太陽遠一些，物質分布帶的最低溫度是八大行星中第二高溫，能夠液化、固化的物質質量比水星多的，固體球質量比水星大，引力比水星大。 地球距離太陽更遠，物質分布帶的最低溫度是八大行星中第三位高溫，能夠液化、固化的物質質量比金星多，固體球質量比金星大，引力比金星大。地球溫度使水呈液態(tài)，液態(tài)水又固化了二氧化碳，明顯增加了地球質量。 火星距離太陽比地球遠，物質分布帶的最低溫度是八大行星中第四位高溫，能夠液化、固化的物質質量比地球多，固體球質量比地球大，引力比地球大?；鹦菧囟仁顾使虘B(tài)，二氧化碳呈液態(tài)，增加了質量。 木星距離太陽又遠一些，物質分布帶的最低溫度是八大行星中第五位高溫，能夠液化、固化的物質質量比火星多，固體球質量比火星大，引力比火星大。木星溫度使水、二氧化碳呈固態(tài)，增加了質量。 土星、天王星、海王星各自的物質分布帶盡管仍有溫度差，但能液化固化的物質質量已經(jīng)基本一樣，固體球質量差別不大。 可以這樣來理解太陽系八大行星最初的形狀。金星內(nèi)部包有一個水星，地球內(nèi)部包有一個金星，火星內(nèi)部包有一個地球，木星內(nèi)部包有一個火星。 三、大氣梯度轉移階段 太陽系主要氣體物質比重的排列順序是：二氧化碳最重，接下來是水蒸氣、氧、氮、甲烷、氦、氫。這些氣體最初是均勻分布在太陽系圓盤狀物質帶上的。 水星質量最小，其引力甚至連最重的二氧化碳都不能吸附，其周圍的全部氣體，包括二氧化碳、水蒸氣、氧、氮、氦、氫被太陽風刮到金星軌道。水星的大氣很稀薄，不斷產(chǎn)生的大氣也留不住，也被刮向金星軌道。 金星的引力只能吸附二氧化碳，金星的二氧化碳來自于水星和自身。其它氣體被吹向地球軌道。 地球的引力能吸附二氧化碳、水蒸氣、氧、氮。地球的水蒸氣、氧、氮是水星、金星共同產(chǎn)生的。地球的溫度液化了水，液態(tài)水又固化了二氧化碳。地球引力不能吸附氦、氫這些輕氣體，甚至也不能吸附自己生物產(chǎn)生的甲烷，被吹向火星軌道?；鹦堑男∫σ膊荒芪竭@些氣體，這些氣體被吹向木星軌道。地球溫度能夠保持液態(tài)水，決定了地球的偉大。 木星質量最大的原因是木星的低溫不僅液化固化了自己軌道附近的全部物質，其強大引力還吸附了從水星、金星、地球、火星吹來的甲烷、氦氣，氫氣。 土星液化固化了自己軌道附近的全部物質，還撿漏吸附了從木星吹來的甲烷、氦氣，氫氣。 天王星、海王星液化固化了自己軌道附近的全部物質，其物質構成體現(xiàn)了太陽系行星形成時的原始狀況。 太陽風和行星公轉軌道半徑也對行星質量的大小產(chǎn)生影響。 太陽風把氣體物質吹離太陽。太陽最初噴發(fā)的物質幾乎全部為氣體，即使噴發(fā)停止了，也會在太陽風作用下逐漸遠離太陽。這是離太陽近的行星質量較小的原因之一。 行星形成時依靠吸附公轉軌道附近的物質增加質量，離太陽越近，公轉軌道半徑越小，吸附物質的空間越小，質量也就越小。 實際上，行星形成時，物質成分一樣，行星表面最低溫度、太陽風和公轉軌道半徑三個因素決定了行星質量的大小。在水星那個位置只能形成水星那么大的行星，不可能更大。水星附近的有些物質，比如水和二氧化碳，不可能在水星位置液化固化，只能作為大氣環(huán)繞在水星周圍，最終被太陽風刮走。不可能成為水星物質。同理，水也不可能成為金星物質，水星、金星產(chǎn)生的水，只能轉移到地球上來。 太陽輻射決定了行星之間的溫度差，行星之間的溫度差決定了行星的物質構成，行星的物質構成決定了行星的質量，行星的質量決定了行星的引力，行星的引力決定了行星的大氣成分。八大行星的不同形態(tài)是由所處位置受太陽輻射不同，溫度不同決定的。 太陽系八大行星的大氣構成，按比重呈有序的梯度分布。水星幾乎沒有大氣；金星有最重的氣體二氧化碳；地球大氣幾乎不含甲烷、氦氣，氫氣；木星、土星大氣主要有甲烷、氦氣，氫氣構成，天王星海王星大氣主要由氦氣，氫氣構成，幾乎不含甲烷。 地球、火星、木星、土星、天王星、海王星自身又經(jīng)過多次噴發(fā)，形成眾多的衛(wèi)星。木星的大紅斑、土星的大白斑、海王星的大黑斑都是噴發(fā)后的遺跡。也是行星通過自我噴發(fā)形成衛(wèi)星的證據(jù)。 火星質量較小和小行星帶，是火星噴發(fā)形成自己衛(wèi)星時自我大爆炸形成?；鹦潜ê螅|量變小，引力減少，原來吸附的大氣被吹向木星，被木星吸收。 第三節(jié) 地球的產(chǎn)生 地球是我們的家園。過去，我們的祖輩在地球上辛勤勞動，養(yǎng)育了我們。 將來，我們的子孫在地球上不斷繁衍生息，繼續(xù)生存下去。 地球大約形成于距今45.4億年時，是太陽系八大行星之一，位于自內(nèi)向外第三條軌道上，其內(nèi)側是金星，外側是火星。地球有唯一天然衛(wèi)星月亮。 地月系示意圖 地球赤道半徑6378公里，兩極半徑6356公里。地球公轉周期是365天，自轉周期是23小時56分。地球大氣主要由氮、氧、氬組成，其中氮占78.084%、氧占20.94%、氬占0.934,其余為二氧化碳等。 地球形成于太陽的第三次大噴發(fā)。這次噴發(fā)發(fā)生在太陽形成后大約二千七百萬年時。由于太陽外殼因前兩次噴發(fā)后的冷卻，太陽外殼更厚更硬，太陽的第三次噴發(fā)比前兩次更猛烈，拋出的外殼物質更多，內(nèi)部高溫高壓氣體噴射得更遠。 破裂的太陽外殼碎塊在高溫高壓氣體的持續(xù)推動下，向外射出，同時溫度升高溶化形成一個液體氣體混合球。這個混合球被推到現(xiàn)在的地球軌道時，由于太陽自轉的作用，高溫高壓氣體柱偏轉方向，把這個混合球留在地球軌道上，最后形成了早期地球。 天體噴發(fā)圖。圖中是噴發(fā)的天體外殼碎塊。噴發(fā)出的氣體物質流因自轉作用已開始偏離外殼碎塊。哈勃太空望遠鏡圖片 現(xiàn)在流行的地球內(nèi)部結構劃分，從內(nèi)向外內(nèi)核、外核、地幔、地殼和大氣。 地球內(nèi)核直徑約為2600公里，主要由鐵、鎳等磁性元素組成。由于鐵元素的吸能核裂變，內(nèi)核溫度較低，不高于700度，因為高于700度，鐵將失去磁性。內(nèi)核的作用是保持地球自轉的重心，并產(chǎn)生磁場，防止地球與其它大型帶磁天體相撞。 鐵內(nèi)核并不是一開始就全是鐵元素。早期地球的內(nèi)核是由包括鐵在內(nèi)的各種較重元素構成的。由于鐵的磁性，使其成為唯一可以得到補充的元素，當其它元素被消耗完以后，就只剩下鐵內(nèi)核了。 地球外核厚度大約為2200公里，是因為內(nèi)核低溫而固化、液化在鐵核周圍的巖石層和巖漿層。 地球外核的最外沿和地幔的最里側是放射性元素和重元素聚集帶。地球中心的放射性元素和重元素向外，地幔的放射性元素和重元素向內(nèi)，都向這里聚集，放熱核裂變主要發(fā)生在這里，是地球內(nèi)部最熱的地方。主要由呈氣態(tài)的放射性元素和重元素構成。從地球兩極吸入的氣體在撞擊內(nèi)核后變向，經(jīng)由這個地帶流向赤道表層，對放射性元素和重元素的聚集起干擾作用，把這里聚集的放射性元素和重元素帶向地殼表層，并在地殼表層凝結固化，不時因超過核裂變的臨界體積發(fā)生原子彈爆炸，引發(fā)地震 地幔厚度約2800公里，地幔上層是溶化了的輕元素，這些溶化了的輕元素在同一元素聚集效應下聚集在一起，在呼吸作用下，流向地殼，并在靠近地殼時凝結固化，發(fā)生吸能核裂變甚至鏈式反應，吸收大量熱量，引起地殼物質收縮，引發(fā)地震。 地殼平均厚約60公里，主要由輕元素構成。地殼在太陽發(fā)射的中子撞擊下發(fā)生分散零星的吸能核裂變，保護地殼不被溶化。這種分散零星的吸熱核裂變對地球表面氣候有重大影響。 早期地球的大氣層主要由氫氣和氦氣構成。這一方面是由于氮，氧等現(xiàn)在大氣的主要成分尚未形成，另一方面是早期地球的質量比現(xiàn)在地球大，能吸引氫氣和氦氣。 天體內(nèi)部溫度能否達到1000萬度，從而引發(fā)氫熱核反應，是天體能否形成自已衛(wèi)星的關健性標志。天體內(nèi)部溫度能否達到1000萬度，主要由天體的質量、放射線元素和重元素的豐度以及外殼的厚度、表面海洋壓力和大氣壓力決定。幸運的是，地球達到了這個標準。而地球的鄰居金星，盡管質量與地球相差不多，但剛好在標準之下，內(nèi)部溫度達不到1000萬度，不能發(fā)生氫熱核反應，金星無法形成自己的衛(wèi)星。 早期地球的放熱層存在豐富的放射性元素和重元素，釋放大量的熱量，在固體外殼、海洋壓力和厚厚的大氣層保溫下，溫度達到1000萬度以上。兩極氣眼吸入的氫元素發(fā)生核聚變，溫度逐步升高，最終在某一次大地震誘因下，突破地球外殼，像大型火山一樣噴發(fā)了。 噴發(fā)的強度由外殼厚度、海洋壓力、大氣壓力的總和決定。只有地球內(nèi)部壓力超過上述三者壓力之和時，才有可能發(fā)生噴發(fā)。噴發(fā)開始時，噴出的外殼碎塊在離開海洋和大氣表層時，海洋壓力和大氣壓力轉變成為一種推力。就像把一個藍球壓到水底放開，藍球浮起時會彈起離開水面很高。海洋壓力和大氣壓力按住固體外殼，然后突然松手，固體外殼加速飛向高空。 地球的第一次噴發(fā)，大致發(fā)生在今天大西洋位置上。噴出的外殼碎塊，因沒有達到第一宇宙速度，無法形成衛(wèi)星，重新落回地球，由于地球的自轉作用，落在偏西的位置。太陽的第一次噴發(fā)形成今天地球上的大西洋和圭亞那高原、巴西高原。從大西洋的形狀看，極有可能發(fā)生了兩次噴發(fā)，一次在南部，一次在北部。北部的噴發(fā)形成墨西哥高原。 地球噴發(fā)持續(xù)一段時間后，內(nèi)部溫度降低，內(nèi)外壓力趨于平衡，噴發(fā)口在海水冷卻下封閉，不再噴發(fā)。地球內(nèi)部溫度降低，外殼變厚。新增加的外殼是經(jīng)過溶化后的巖漿冷卻形成，是堅硬密實的火成巖，地球外殼的強度和韌性都增加了。地球外殼變得更厚實了。地球內(nèi)部溫度重新開始升高，超過1000萬度，再次發(fā)生氫熱核反應，地球內(nèi)部能夠達到更高的溫度和更大的壓力。再次發(fā)生更加猛烈的噴發(fā)。 地球的第二次噴發(fā)，大致發(fā)生在今天印度洋位置上。噴出的外殼碎塊，因沒有達到第一宇宙速度，無法形成衛(wèi)星，重新落回地球。由于地球的自轉作用，落在偏西的位置。太陽的第二次噴發(fā)形成今天地球上的印度洋和埃塞俄比亞高原、東非高原、南非高原。 地球的第三次噴發(fā)，大致發(fā)生在今天太平洋位置上。噴出的大部分外殼碎塊，達到了第一宇宙速度，形成月亮。部分碎塊因沒有達到第一宇宙速度，重新落回地球。由于地球的自轉作用，落在偏西的位置。太陽的第三次噴發(fā)形成了月亮，同時也形成了今天地球上的太平洋和亞洲中部的中西伯利亞高原、蒙古高原、青藏高原及云貴高原。 天體噴發(fā)圖。圖中間明亮的物質塊是天體固體外殼碎塊。這是面向地球的噴發(fā)，無法看到天體本體。固體外殼碎塊因為散熱慢，顯得比周圍氣體物質溫度高。地球噴發(fā)形成月亮的情形與這幅圖十分相似。哈勃太空望遠鏡圖片 月亮圍繞地球同步旋轉，具有以下特征：始終只有一面朝向地球，太陽系所有其它衛(wèi)星也都是這樣；月球背面巖石比地球上巖石還古老；月球成分幾乎與地球基本一致。這些特征說明月亮是地球自我噴發(fā)發(fā)射的衛(wèi)星，也說明太陽系其它衛(wèi)星形成過程是一樣的。實際上很多學者早就提出了地月同源說，只是沒有解釋月亮究竟是怎樣從地球分離出去的。 地球的第四次噴發(fā)，大致發(fā)生在今天洋位北冰洋置上。噴出的外殼碎塊，因沒有達到第一宇宙速度，無法形成衛(wèi)星，重新落回地球。太陽的第四次噴發(fā)形成今天地球上的北冰洋和格陵蘭島。 在谷歌地圖上，把格陵蘭島順時針旋轉90度，其形狀與北冰洋深海區(qū)極其類似。 谷歌北極地圖。圖中白色部分是覆蓋冰雪的格陵蘭島，右邊深藍色部分是北冰洋的深海區(qū)。格陵蘭島順時針轉動90度后，形狀與北冰洋深海區(qū)十分相似。 |
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