太陽系的形成與演化(共8頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上太陽系的形成與演化 太陽，一個(gè)美麗而神秘的星球，千百年來一直伴隨著我們，有了太陽，才有了我們今天多姿多彩的世界，是她，帶給我們溫暖和光明，也是她，讓我們的地球生生不息而關(guān)于太陽和太陽系的形成與演化問題，一直是人類不懈探索的重要課題之一，那么，就我們目前的認(rèn)識(shí)而言，太陽系是怎樣形成的呢？二十世紀(jì)以來，人們的天文學(xué)知識(shí)越來越豐富，并且認(rèn)識(shí)到，在廣闊的宇宙中，發(fā)生恒星相遇情況的可能性極小。五十年代以后，又提出了許多新的學(xué)說，這些學(xué)說大部分都是以星云假說為基礎(chǔ)的學(xué)說。八十年代后期以來，科學(xué)家們對(duì)太陽系起源有一個(gè)傾向性的認(rèn)識(shí)，我們將這個(gè)傾向性的認(rèn)識(shí)合理地細(xì)分為若干個(gè)演化階段，加

2、上深入地分析。太陽系的起源會(huì)非常清晰地展現(xiàn)在我們面前。星云演化階段 ：太陽也是由星云物質(zhì)演化來的，它處在距離銀河系中心2.7萬光年的獵戶旋臂上。在46-50億年之前，星際彌漫物質(zhì)分布不均勻，物質(zhì)的密集區(qū)成為星際云。在外界因素的觸發(fā)下，星際云發(fā)生自吸引收縮。當(dāng)密度足夠大時(shí)，星云際云出現(xiàn)不穩(wěn)定，瓦解成為多個(gè)小星云。其中獵戶臂上的一塊小星云，質(zhì)量約為1.03M，該星云就是以后演化成太陽系的星云。該星云中心溫度100K，其余大部分的溫度均在10K以下。初始角動(dòng)量2×10525×1052克·厘米2·秒-1。 星子演化階段：當(dāng)太陽星云極度收縮，大多星云物質(zhì)范圍在13

3、萬個(gè)天文單位，有98以上的物質(zhì)都已收縮到一個(gè)天文單位內(nèi)時(shí)，太陽系星云進(jìn)入星子演化階段。在這個(gè)演化階段，大多數(shù)太陽系起源理論,對(duì)星云中心由星云物質(zhì)收縮成星子，再由星子聚集質(zhì)點(diǎn)形成太陽的觀點(diǎn)沒有異議。 太陽地球形成階段 ：在這個(gè)階段的開始，99以上的太陽星云物質(zhì)聚集起來，形成了太陽的雛星。其密度約在1.35克/厘米3，它聚集了太陽系50的角動(dòng)量，由于物質(zhì)的聚積，分子碰撞加劇，中心溫度已達(dá)到6000K以上。 在太陽的周圍這時(shí)候先后生成了四個(gè)行星，它們是： 1、水內(nèi)星（Inmercury）：因?yàn)楝F(xiàn)在這顆星已經(jīng)不存在。其名暫定為水內(nèi)星（不是Vulcan）。它的質(zhì)量大約是160個(gè)地球單位（現(xiàn)在的地球質(zhì)量1

4、個(gè)地球單位）。密度為1.34克/厘米3左右。它運(yùn)行在距離太陽2900萬千米的軌道上。 2、水星：這顆水星并不像現(xiàn)在的水星。它的質(zhì)量約110個(gè)地球單位，密度亦為1.34克/厘米3。這顆水星運(yùn)行在離太陽7000萬千米的軌道上。3、金星：它當(dāng)時(shí)的質(zhì)量是70個(gè)地球單位，密度1.34/厘米3，軌道距離太陽1.1億千米。 4、地球：當(dāng)時(shí)的質(zhì)量為50個(gè)地球單位，密度為1.33克/厘米3，軌道為1.5億千米。 它們的運(yùn)行軌道基本是圓型。由于形成行星的旋臂外緣物質(zhì)的角動(dòng)量略大于內(nèi)緣物質(zhì)的角動(dòng)量，內(nèi)、外兩個(gè)角動(dòng)量的差變成行星自轉(zhuǎn)角動(dòng)量。所以以上形成的行星都具有繞太陽公轉(zhuǎn)方向相同的自轉(zhuǎn)。 關(guān)于水內(nèi)星存在的理由，分析

5、一下水星到火星的軌道特性就可以得到啟示。關(guān)于形成的各行星的體量，有許多證據(jù)可以證明，當(dāng)時(shí)可以有很大的質(zhì)量。例如：水星現(xiàn)在的物質(zhì)豐度和質(zhì)量，如果將它們分散在水星軌道的范圍以內(nèi)，這些物質(zhì)無論用什么辦法也不能將其聚集成現(xiàn)在的水星。在地球上，各大洋底錳結(jié)核的存在和海水中豐富的鈾含量都說明，如果地球的體量從形成時(shí)到現(xiàn)在就沒有改變，那么對(duì)這些現(xiàn)象根本就無法解釋?；鹦切⌒行切纬呻A段 ：在這個(gè)演化階段開始，太陽表面溫度已達(dá)到3000K左右。太陽內(nèi)部已開始有小規(guī)模的核聚變。形成的各大行星由于收縮，自轉(zhuǎn)開始加快，氫、氦元素已全部氣化。太陽的熱輻射驅(qū)動(dòng)著散落在各大行星軌道間的剩余物質(zhì)和逃逸出行星控制的氫、氦等物質(zhì)，

6、并將它們推向火星軌道和小行星軌道。 木星土星形成階段（太陽核聚變爆發(fā)階段）：這個(gè)階段是太陽系形成過程中非常重要的一個(gè)階段?，F(xiàn)代的太陽系起源理論都認(rèn)為，強(qiáng)大的太陽輻射和太陽風(fēng)將星云輕物質(zhì)推到外行星處。至于怎樣推的和演化到什么時(shí)間將輕物質(zhì)推出去的，所有太陽系起源說都未對(duì)其定位。這個(gè)推出去的過程是一個(gè)非常實(shí)際的過程，也是研究太陽系起源的值得重視的過程。這個(gè)過程必然與太陽核聚變爆發(fā)同時(shí)開始。在這個(gè)階段里太陽由于收縮，內(nèi)部的高溫終于引發(fā)了整個(gè)太陽的氫核聚變活動(dòng)。強(qiáng)大的核聚變輻射帶著太陽風(fēng)掃過了前面幾個(gè)階段所形成的所有的星體和星子。天王星海王星形成階段 ：在這演化階段的開始前，太陽進(jìn)入了一個(gè)災(zāi)變性階段，該

7、災(zāi)變可以稱為太陽角動(dòng)量災(zāi)變期。 當(dāng)彌漫星云塌陷為一個(gè)恒星胚時(shí)，星云物質(zhì)帶有大量的轉(zhuǎn)動(dòng)角動(dòng)量聚集到星體，聚集的初期角動(dòng)量分布分散。恒星胚轉(zhuǎn)動(dòng)較慢，當(dāng)恒星核聚變產(chǎn)生之后，大部分物質(zhì)都被氣化或電離時(shí)，較重物質(zhì)急速向恒星中心聚集，輕物質(zhì)浮向恒星表面，因角動(dòng)量守恒，恒星轉(zhuǎn)速越來越快。 對(duì)于較大的星云團(tuán)，形成恒星前的旋轉(zhuǎn)速度較快，其聚集后星體含角動(dòng)量極大，核聚變產(chǎn)生后，星核還沒完全形成。為了克服巨大的角動(dòng)量轉(zhuǎn)速，恒星會(huì)分裂為雙星，或者是聚星。銀河系中就有許多這樣的恒星結(jié)構(gòu)。 對(duì)于有較少量角動(dòng)量的恒星，在恒星形成的年青階段都有一個(gè)天文學(xué)稱之為金牛T型階段。在這個(gè)階段，由于恒星聚集很大角動(dòng)量，經(jīng)過演化恒星開始

8、快速地旋轉(zhuǎn)，再加上恒星劇烈地核聚變，使恒星沿赤道表面會(huì)拋射出大量的物質(zhì)。這些拋射出的物質(zhì)帶走大量的恒星自轉(zhuǎn)角動(dòng)量。金牛T型階段結(jié)束后恒星進(jìn)入了赫羅圖（HRdiagram）的主序星階段。又有，恒星的較差自轉(zhuǎn)現(xiàn)象和太陽風(fēng)（有質(zhì)量的太陽拋射物）也要損耗大量的角動(dòng)量，使其后的恒星自轉(zhuǎn)速度越變?cè)铰?，恒星的自轉(zhuǎn)角動(dòng)量亦越來越少。 這些金牛T型階段的太陽拋射物，最先訪問的是水星，而且也很頻繁，聚集后不長(zhǎng)時(shí)間，就完全氣化，然后又脫離了水星。由于這些物質(zhì)擊中水星的方向較正，使水星的自轉(zhuǎn)幾乎等于同步自轉(zhuǎn)。塊狀物對(duì)金星的撞擊角度不同水星，這些大塊拋射物的撞擊，使金星的自轉(zhuǎn)變?yōu)槁俚啬娣较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)撞擊角和對(duì)水星的影

9、響可以用作圖法得出，也容易理解。這些拋射物能塊狀地訪問地球、火星的可能性很小，所以就不會(huì)對(duì)這些星體造成什么重大影響。在黃道面內(nèi)的這些拋射物，最后都被太陽的輻射和太陽風(fēng)推到木星、土星軌道，也有的被該軌道上的星子所俘獲。 太陽赤道與黃道有7度多的夾角。太陽的金牛T型段的赤道拋射物有很大一部分被拋射出原太陽星云盤黃道面。這些拋射物，經(jīng)由黃道盤的上、下飛越水星、金星.木星、土星。這些拋射物質(zhì)在旋轉(zhuǎn)盤上群星引力的作用下，落在天王星的軌道上，被那里的星子俘獲，然后積聚為天王星。這些拋射物的運(yùn)動(dòng)軌跡可用萬有引力定律推出。 也許太陽向云盤上、下拋射的物質(zhì)量并不相等，也許拋射的物質(zhì)在云盤上、下運(yùn)行的距離有差異。

10、所以它們形成的星子都會(huì)有水平于黃道平面的自轉(zhuǎn)。當(dāng)變得更大的星子聚集起來形成天王星時(shí)，該星是一顆基本躺著轉(zhuǎn)動(dòng)的星，星內(nèi)有大量的放射性物質(zhì)，也說明該星大部分物質(zhì)直接來自已經(jīng)核聚變的太陽。有一些拋射物質(zhì)因?yàn)闆]有被天王星子俘獲，在星云盤處穿越天王星軌道，由于慣性，又運(yùn)行一段距離，在星盤的引力的作用下，從另一面落入海王星軌道，被海王星軌道的星子俘獲。因?yàn)樗鼈兊倪\(yùn)動(dòng)軌跡非常難以形容。所以這些星子最后形成的海王星，自轉(zhuǎn)軸相對(duì)黃道面傾斜很大角度。海王星的物質(zhì)大部分也來自太陽，它也含有大量的放射性物質(zhì)。 長(zhǎng)遠(yuǎn)來說，太陽系最大的改變將來自于太陽自身因衰老而帶來的改變。隨著太陽燒掉它的氫供給，它會(huì)變得更熱且更快地?zé)?/p>

11、掉余下的燃料。其結(jié)果就是，太陽每11億年就會(huì)更亮10%。在10億年的時(shí)間，隨著太陽的輻射輸出增強(qiáng)，它的適居帶就會(huì)外移，地球的表面會(huì)熱到液態(tài)的水無法在地球表面繼續(xù)存在。此時(shí)地面上所有的生命都將絕跡。從海平面而來的水蒸氣，一種強(qiáng)，可以加速溫度升高，可以潛在地更早地結(jié)束地球上的所有生命。這時(shí)候可能的表面溫度逐漸升高，現(xiàn)在凍結(jié)在表面土壤下的水和二氧化碳會(huì)被釋放到大氣里，產(chǎn)生溫室效應(yīng)暖化這顆行星直到它達(dá)到今天地球一樣的條件，提供一個(gè)未來的生命的居住場(chǎng)所。35億年后，地球的表面環(huán)境就會(huì)變得跟今天的金星類似。約54億年之后，太陽核心的所有的氫都會(huì)聚變成氦。核心將不再支撐得住引力塌陷，將會(huì)開始收縮，加熱核周圍

12、的一個(gè)外殼直到里面的氫開始聚變。這將使其外層急劇擴(kuò)張，這顆恒星將進(jìn)入它生命中的階段。在76億年內(nèi)，太陽會(huì)膨脹到半徑為1.2AU256倍于它現(xiàn)在的大小。在其的頂峰，因?yàn)榫蘖吭龃蟮谋砻娣e，太陽的表面會(huì)比現(xiàn)在冷卻很多（大約2600K）， 它的會(huì)增高很多，會(huì)達(dá)到現(xiàn)在太陽光度的2700倍。在太陽成為紅巨星的階段，它會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的，這將帶走它自身33%的質(zhì)量。 當(dāng)太陽膨脹后，和差不多一定會(huì)被吞噬掉。的命運(yùn)還不是很清楚。盡管太陽會(huì)吞噬地球的現(xiàn)在的軌道，這顆恒星的質(zhì)量損失（既而更弱的引力）會(huì)導(dǎo)致行星的軌道向外移動(dòng)。如果僅僅如此，可能會(huì)逃離火海，但2008年的研究認(rèn)為地球還是會(huì)因?yàn)榕c太陽附著不緊密的外層潮汐作用而

13、被吞噬掉。在這個(gè)時(shí)候，的和，有可能達(dá)到可維持生命的表面溫度。 漸漸地，太陽核心周圍殼里燃燒的氫將增大核的質(zhì)量直到達(dá)到現(xiàn)今太陽質(zhì)量的45%。此時(shí)密度和溫度如此高以至于氦開始聚變成，導(dǎo)致；太陽的半徑將從約250倍縮至11倍于現(xiàn)在（主序星）的半徑。因此，它的光度會(huì)從3000倍跌至54倍于今天的水平，而其的表面溫度則會(huì)升至約4770K。太陽將成為一顆星，平穩(wěn)地燃燒它內(nèi)核的氦，大概就像它今天燒氫一樣。氦聚變階段將只持續(xù)1億年。最終，它還是得求諸它外層的氫和氦貯備，并且第二次膨脹，變成星。太陽的光度會(huì)再次升高，達(dá)到今天光度的2090倍，并且它會(huì)冷卻到大約3500K。這一階段將持續(xù)3千萬年，之后，再過10萬

14、年的過程中，太陽的殘留外層將失去，拋射出巨大的物質(zhì)洪流形成一個(gè)光暈（誤導(dǎo)性地）叫。拋射出來的物質(zhì)將包含太陽的核反應(yīng)生成的氦和碳，繼續(xù)為未來世代的恒星而富華星際物質(zhì)以重元素。這是個(gè)相對(duì)平和的結(jié)局，跟絕無相似，我們的太陽太小以至于不能進(jìn)行這樣的演化。若有可能任何現(xiàn)場(chǎng)目睹此事的觀察者都會(huì)看到太陽風(fēng)的風(fēng)速巨幅增加，但不足以完全摧毀一顆行星。但是，這顆行星的物質(zhì)丟失可將幸存下來的行星軌道送入混亂：有一部份會(huì)相撞，有一部分會(huì)從太陽系拋出去，剩下的則會(huì)被潮汐作用撕裂。之后，太陽所剩的就是一顆，一個(gè)非常致密的天體，有它最初質(zhì)量的54%，但只有地球大小。最初，這顆白矮星的光度大約有現(xiàn)在太陽光度的100倍。它將完全由的和組成, 但將永遠(yuǎn)也不會(huì)達(dá)到可以聚變這些元素的溫度。因此白矮星太陽將逐漸冷卻，越來越黯淡。 隨著太陽的死亡，它作用于如