探索太阳系的奥秘

人类对客观世界的认识不断深入，探索自然界的奥秘是我们的不懈追求。
本书从科学的角度全景剖析宇宙的奥秘，带你走进一个不为人知的神秘世界。

从头说起/1
1.太阳系概况/2
2.太阳系的起源/5
3.行星与太阳的距离/8
4.太阳系的小行星/10
5.“X”行星/12
6.小行星也有卫星/15
7.太阳系的环形山/16
8.行星环/18
太阳系的主角/21
1.人类对太阳的崇拜由来已久/22
2.太阳其实很普通/24
3.太阳的形态和层次结构I25
4.太阳的里里外外/27
5.当之无愧的“劳动模范”/29
6.太阳的能量来自哪里/30
7.太阳燃料烧完以后/33
8.太阳离地球非常遥远/36
9.太阳光谱的发现/37
10.复杂多样的太阳磁场/38
11.太阳南北两极有秘密/40
12.宇宙间的“隐身人”/41
……

    太阳系的起源
    什么事情都是有始末的，那么太阳系很初是怎样形成的呢？
    起初，人们用“永恒说”来对此加以解释。这种说法认为，太阳系可能在无限久远的过去就已经是现在这个样子了，而且今后也不会改变，永远都是这个样子。换句话讲，太阳系没有开端，也没有终结。很显然，这种说法人们是很难接受的。可是，在很长的时间内，人们又拿不出来驳斥这种说法的理论依据。
    直到17世纪后，因为哥白尼创造了日心说，人们对太阳系的结构有了正确的概念。牛顿发现了万有引力定律，为人们提供了研究天体运动的基础。望远镜的问世，拓宽了人们的视野，人们得以观测到云雾状的天体――星云。正是在这种情况下，德国哲学家康德在1755年时提出了“星云假说”。他认为，太阳系的前身很可能是一块稀薄的气体云――星云。这团气体云在自身引力的作用下开始逐渐收缩，越来越密集，旋转的速度越来越快，形状也就越来越扁。到了一定程度，很边缘的一圈就开始分离出去，凝聚成一个行星，接着又分离出去一圈，又凝聚成一个行星，很后剩下的那些气体云凝聚成了一个巨大的发光恒星，这就是太阳。
    按照康德的这个假设，太阳系中所有的行星、卫星大体上都应该在同一个平面上，并且都朝着一个方向旋转，而太阳系恰恰正是这个样子，这说明“星云假说”有可能是正确的。
    1795年，法国天文学家拉普拉斯发表文章支持“星云假说”。他认为，太阳系是由一大团弥漫的尘埃气体云形成的，这个原始星云起初是炽热的，但随着辐射而损失能量，温度就开始下降，从而引起星云的收缩，同时由于其他天体的引力扰动和某些邻近超新星爆发产生的冲击波，而开始旋转。
    从某种意义上讲，拉普拉斯的观点丰富和发展了康德创立的“星云假说”，所以后来人们将此学说称为“康德一拉普拉斯星云假说”。当然这个学说并非完美无瑕，它虽然能够较好地解释太阳系结构上的一些特征，却解释不了太阳系所具有的巨大的角动量，更解释不了角动量在太阳系里分配极不合理的现象。
    所谓的角动量是什么呢？它就是动量矩，是物理学中与物体到原点的位移和动量相关的物理量。太阳系中太阳的自转，行星的自转和公转，卫星的自转和公转，都具有角动量。由于这些旋转的方向都是相同的，所以角动量是相加的，从而使整个太阳系具有了巨大的角动量。而在角动量的分配方面，太阳只占太阳系总角动量的2％，其他行星占了98％。
    于是，有人对“星云假说”提出了疑问：星云怎么可能一边收缩(同时越转越快)，一边将几乎所有的角动量都转移到分离出去的气体环(行星)中呢？另外，随着天文观测和研究的深入，“星云假说”的缺陷也越来越多地暴露出来。天文学家先是发现海王星的卫星――海卫一――绕着海王星旋转的方向正好与海王星自转的方向相反，接着又发现火星的卫星――火卫一――旋转一周的速度竟比火星自转一周的速度快三倍。按照“星云假说”，太阳系中的行星和卫星都应该朝着一个方向旋转，卫星的旋转速度不可能超过行星。
    就在“星云假说”陷入窘境之时，美国的地质学家张伯伦和天文学家摩尔顿于1906年提出了“星子假说”。他们认为，太阳系很开始时只有孤零零的一轮红日，后来在某个时候，又有一颗恒星朝着太阳运动过来。就在它们相互接近的过程中，彼此间产生了巨大的万有引力，而且越来越大，使得这两颗恒星上都出现了强烈的潮汐作用，于是就从它们的表面吸出一股物质，它们彼此连接起来，形成了一座“桥”。当它们相掠而过时，这座“桥”被带着迅速地旋转，获得了巨大的角动量，而恒星本身的角动量却减少了。当这两颗恒星分开后，“桥”被拉断了，分成若干块，每一块逐渐凝聚成一颗具有一定角动量的行星。
    1917年，英国天文学家金斯发展了“星子假说”。他认为，从两颗恒星拉出来的物质“桥”是雪茄烟形状的，两头细，中间粗，断开后很粗的部分就形成了太阳系中的木星、土星这两颗优选的行星，剩下的较细的部分则分别形成了土星以外和木星以内较小的行星。
    “星子假说”把太阳系的起源归因于一次偶然的灾难事件，因此，此类观点就被称为“灾变说”。比如，英国的里特和美国的罗素认为，太阳原来是一对双星中的一颗子星，在某个时候，从远方突然飞来一颗恒星，与太阳的伴星相撞。它们就像子弹一样朝着不同的方向弹去，同时拉出一长串物质。这一长串物质被太阳所俘获，发展成为太阳系中的各个行星。
    跟在“灾变说”后边出现的是“俘获说”。苏联的地球物理学家施密特认为，太阳周围原先有着大量带电的星际物质，逐渐冷却后，它们不再带电，受太阳万有引力的吸引而落向太阳。它们下落的速度越来越快，就会产生相互碰撞、摩擦而重新带电。在电的作用下，它们又停止下落，在太阳附近凝聚成行星和卫星。按照施密特的说法，太阳原先是光棍一条，当它在宇宙空间中运行时，突然钻进了某个星际云中，在里面俘获了一部分物质，它们就是日后形成行星和卫星的材料。
    按照“灾变说？和“俘获说”，太阳的年龄必定要比别的行星大，甚至可以大上几十倍、几百倍，而根据各种测定，太阳的年龄与行星的年龄很好接近，这一下子就使“灾变说”和“俘获说”失去了魅力。更致命的是，这两种学说都把太阳系的起源建立在偶然性之上，而天文观测证明，宇宙间有许多类似于太阳系的天体系统，这就说明太阳系不会是偶发事件的结果。
    随着现代天文学和物理学的发展，特别是恒星演化理论的日趋成熟，古老的“星云假说”重新焕发了青春活力。据统计，现代“星云假说”竞多达20多种。它们一致认为，形成太阳系的是银河系里一团密度较大的星云，它是由巨大的星际云瓦解而来的，一开始就在自转，并在自身引力下发生收缩，中心部分形成了太阳，外部演化成星云盘，星云盘随后形成了行星。
    现代“星云假说”既有观测资料，又有理论计算，能够比较详细地描述太阳系的起源过程，但它们彼此间还存在着不小的争议。
    但不管怎么说，现代“星云假说”对太阳系的许多特征都能作出比较合理的解释，不过在它的面前也摆着一些没有解决的问题。比如，根据现代“星云假说”，每个恒星都应该有自己的行星系统，但据观测，在离太阳13光年范围内的22个恒星中，至今只有3个可能有行星系统，这是为什么呢？
    总之，太阳系的起源之谜至今还不能说接近地揭开了，还需要人们进一步加以研究。
    P5-8