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太阳系是怎样形成的?
太阳系是怎样形成的,这是天文学的基础理论之一,这一基础理论搞不清楚,其他的很多天文学理论就搞不清楚。可到目前为止,太阳系是怎样形成的科学家们也没搞清楚。
地球膨裂说认为,太阳系是原始太阳爆炸形成的。46亿年前,太阳因内部的核聚变而发生爆炸,飞出许多熔融的火球,这些熔融的火球冷却后形成了行星、月亮、小行星、卫星和慧星,地球就是其中之一。一些大的火球在冷却的过程中,由于受到表面张力的作用,形成了球形。一些小的火球来不及收缩成球形,而冷却成了不规则的形状,形成了火星和木星间的小行星带、小行星。一些小一点的火球由于离大火球较近而被“俘获”,形成了大火球的卫星。一些离太阳较近的行星具有较重的物质;一些离太阳较远的行星,具有较轻的物质。这是因为离太阳较远的行星具有的液态氢等物质和太阳表面的熔融物质一样,并且较轻,而且处在太阳表面,因此它们在太阳爆炸时获得了较大的离心力,飞离太阳较远;距离太阳较近的行星具有的岩石、金属等物质和太阳表面下面的熔融物质一样,并且较重,而且处在太阳表面的下面,因此它们在太阳爆炸时获得了较小的离心力飞离太阳较近。
太阳系是原始太阳爆炸形成的证据:
1、质量守衡
经科学家们观测,太阳的质量是太阳系质量的99.87%,太阳系中行星的质量是太阳系的0.13% (1)。那么太阳的质量+太阳系中行星的质量=太阳系(原始太阳)的质量。也就是99.87%+0.13%=100%。这足已证明太阳系是原始太阳爆炸形成的。
2、角动量守衡
太阳角动量是太阳系的0.73% ,太阳系中行星的角动量是太阳系的99.27%
(2)。那么太阳的角动量+太阳系中行星的角动量=太阳系(原始太阳)的角动量。也就是0.73%+99.27%=100% 。这足已证明太阳系是原始太阳爆炸形成的。
3、能量守衡(转动能量守衡)
因为天文计算中不可能绝对准确,所以我们可以把天文学家们关于太阳、行星的质量,太阳、行星的角动量占太阳系的百分比看成是整数。也就是把太阳的质量看成是太阳系质量的99.%,太阳系中行星的质量看成是太阳系的1% 、太阳的角动量看成是太阳系的1%,太阳系中行星的角动量看成是太阳系的99% 。这也就是说太阳的质量和行星的质量之比为99/1,太阳的角动量和行星的角动量之比为1/99。这也就是说太阳的质量和行星的质量之比和太阳的角动量和行星的角动量之比互为倒数1/99=1/99。
我们设太阳的质量为m ,太阳系中行星的质量为m1 ,根据角动量公式mr2ω,设太阳的角动量为mr2ω ,太阳系中行星的角动量为m1r12ω1 。这样太阳的质量和行星的质量之比与太阳的角动量和行星的角动量之比互为倒数,也就是m1/ m= mr2ω/m1r12ω1 (1) 。
我们假设太阳系是原始太阳爆炸形成的。原始太阳爆炸形成太阳系之后,行星在太阳万有引力的拖拽下围绕太阳公转,太阳的转动能就会不断向行星转移,直至太阳的转动能等于行星的转动能为止。
根据实心球转动能公式E=2/5mr2ω2,我们设太阳的转动能为E=2/5mr2ω2 ,太阳系中行星的转动能为E1=2/5 m1r12ω12 。太阳的转动能等于行星的转动能,也就是2/5 mr2ω2 =2/5 m1r12ω12 , 也就是mr2ω2 = m1r12ω12 (2) 。
根据(2)式得出 mr2ω/m1r12ω1= ω1/ω (3)
根据(1)、(3)式得出 m1/ m =ω1/ω (4)
根据(1)、(4)式得出ω1/ω= mr2ω/m1r12ω1 (5)
根据(5)式得出mr2ω2 = m1r12ω12 (6)
根据(6)式得出我们假设的(2)式成立,太阳的转动能=太阳系中行星的转动能,太阳的转动能+太阳系中行星的转动能=原始太阳的转动能,转动能守衡。
4、行星的公转轨道是椭圆形。我们知道,椭圆形公转轨道是因为离心力大于向心力;圆形公转轨道是因为离心力等于向心力。以地球为例,地球在近日点自西向东公转时,离心力大于向心力,所以地球离太阳越来越远,到远日点时离心力等于向心力:地球在远日点自西向东公转时离心力小于向心力,所以地球离太阳越来越近,到近日点时离心力大于向心力。
地球的公转轨道为什么是椭圆形呢?地球膨裂说认为,因为地球是太阳发生爆炸飞离太阳的,所以离心力大于向心力。这就像人造卫星的初始地球轨道是椭圆形一样。因为人造卫星是从地球上发射出去的,人造卫星有一个飞离地球的离心力,而且离心力大于向心力,因此人造卫星的初始地球轨道是椭圆形。因为人造卫星是被月球“俘获”的,离心力等于向心力,所以人造卫星的初始月球轨道为是圆形
按照星云说的观点,太阳和行星是同源的,它们都是原始星云形成的,因此它们的公转轨道应该是圆形的。
5、八大行星的近日点都在太阳的同一侧。为什么八大行星的近日点都在太阳的同一侧呢?这是因为八大行星是在太阳近日点的一次爆炸时同时飞出的。这就像人造卫星的地球公转轨道近地点就是人造卫星的发射点一样。
按照星云说的观点,太阳和行星是同源的,不可能八大行星的近日点都在太阳的同一侧。
6、太阳系角动量分布异常
我们假设太阳系是原始太阳爆炸形成的,就应该太阳的转动能等于行星的转动能,也就是mr2ω2 = m1r12ω12 (2)。
根据(2)式得出mrω2 /m1r1ω12= r1/r (3)
根据(1)、(3)式得出 m1/ m = r1/r (4)
根据(1)、(4)式得出 r1/r = mrω2 /m1r1ω12 (5)
根据(5)式得出mr2ω2 = m1r12ω12 (6)
因为m1/ m =1/99,所以 mrω2 /m1r1ω12=1/99 。
也就是行星的角动量是太阳系角动量的99% 。
因此,太阳系角动量分布异常是原始太阳爆炸形成太阳系的证据。
如果太阳系是原始星云形成的,上述太阳系是原始太阳爆炸形成的6个证据就无法解释。
参考文献:
(1)、查百度:“太阳的质量是太阳系质量的99.87%,太阳系中行星的质量是太阳系的0.13%”。
(2)、查百度:“太阳角动量是太阳系的0.73% ,太阳系中行星的角动量是太阳系的99.27%”。
作者:赖柏林
围绕着原始太阳,剩余物质形成扁平旋转的圆盘。物质变成扁平形状的事实解释了为什么行星的轨道倾角如此地接近。相对于地球轨道,水星的倾角仅为7度,而所有其他大行星的倾角均小于4度。这也解释了为什么行星在轨道上以和地球相同的方向运转。如果从太阳极区的上面看去,所有行星在以同一方向绕转。
甚至小行星以及柯伊伯带成员(新近发现的位于太阳系外侧深处的小天体群)也遵循大部分规则。没有小行星或者柯伊伯带天体在“错误”的方向上绕行。而最早发现的100颗小行星中仅有4颗的轨道倾角大于20度。彗星则不同,它们质量很低,易受行星摄动的影响,所以其轨道偏心率和倾角的变化范围很大。而包括哈雷彗星在内的长周期彗星是逆行的,即它们的绕行方向与行星相反,就像在交通环路上逆行的一辆汽车。
研究人员已经建立了复杂的模型,来说明观测到的围绕年轻恒星的圆盘是如何形成太阳系的。在离主星较近的地方,氢和其他较轻的气体被恒星风吹走,形成较小、岩质的行星。在太阳系,这类行星包括水星、金星、地球和火星,以及稍远一点的位于火星和木星轨道之间的小行星带。这里由于木星引力牵引的破坏作用,无法形成大的行星。
再远一点的情况则有所不同。较轻的气体没有被驱逐开,一旦有一个行星核形成,它就会收集这些气体成为巨大的大气层,从而变成一颗巨型的气态行星。在我们太阳系中木星和土星无疑是最好的例子。这些巨行星的视表面实际上就是它们大气层的顶端。这也适用于小些的大行星天王星和海王星。
再向外,我们来到了被小得多的天体占据的区域,这里物质较为稀少,因此此处形成的天体的大小无法达到能够吸住明显大气的临界质量。在太阳系的边缘有柯伊伯带,冥王星是其中最有名的成员,尽管它的直径2320千米比月球还小。除冥王星之外的第一个柯伊伯带天体是在1992年发现的,目前已经知道有数百个。现在冥王星被认为是这类天体中最大的一个,而非真正的大行星。离太阳更远的地方也有零星的环绕太阳的天体。在这片昏暗的地方,至少有两个天体--Quaoar和Sedna的大小与冥王星相当。
以上这些概况基本正确,但故事并未到此为止。当气体巨行星在圆盘中部(就像木星在太阳系中的位置)形成后,物质会被行星所扫清,从而在圆盘中形成空隙。我们可以观察到正在进行的这种过程。在围绕一些年轻恒星的圆盘中已经探测到了空隙。在这种情况下,行星和圆盘之间产生一种竞争,行星的引力将物质从圆盘中吸出,累积到行星身上;而圆盘则把物质向回拉。净效应是行星受到阻尼力进而损失能量,并向内侧朝着中心星盘旋过去。
一旦一颗巨行星开始向内侧移动就很难停止。要创造一种理论既允许这些行星移动到正在形成的太阳系的内侧,又防止它们落入到太阳之中的残酷结局,是一个巨大的挑战。有人提出在某些情况下这正是曾经发生的事情,而我们只是看到了在已经形成并向内侧运动直至毁灭的一长串行星中的最近的几个。但有希望的是,最近的研究已经表明巨行星最终有可能战胜圆盘,捕获周围所有的物质而避免进一步的拖曳。这时转移就会停止,巨行星找到了永久的归宿。
我们的太阳系似乎已经逃离了被一颗大行星犁过圆盘内侧造成的混乱时期,但这并不意味着所有东西从一开始就都是稳定的。也许一个后继的木星大小的行星会形成并向内侧运动,掉入太阳之中并毁灭。不论这些行星是否存在,最终都会形成两个大的物质团块,它们大到其引力足以捕获氢气,而两个团块将迅速增大质量形成木星和土星(土星最明显的特征:土星环,只可能在最近100万年前后生成,可能是因为一颗卫星在一次猛烈的撞击中破碎。因为固有的不稳定,它们只能再维持100万年。我们能够欣赏到这样的美景的确十分幸运)。
在原土星附近,同时还会有另两个团块从圆盘中凝结出来。它们小很多,所以虽然能够捕获气体,但速度要慢得多。天王星和海王星两颗大行星将从这些团块中形成。它们刚好在区分岩质行星和气态行星的临界质量之上,最初这些行星距离太阳要比现在近得多。但在木星引力以及与圆盘的相互作用的共同影响下它们逐渐向外移动到现在的位置上。这产生了戏剧般的效果。圆盘外所剩余的大部分物质过于寒冷又不足以聚集成行星大小的团块,又因为过于靠近天王星或海王星而被抛出了它稳定的轨道。它们大部分终老在太阳系最为遥远的地方,现在我们称之为奥尔特云。这是离最近的恒星都相当远的储存有巨量物质的地方,而且远离行星破坏性的引力效应的影响。
偶尔地,奥尔特云内的物质会被奥尔特云天体自己的相互作用或一颗经过的恒星所扰动,被投入了内太阳系。于是我们看到了流浪者般的彗星,在太阳的照耀下挥发出它们的冰态物质。这类事情现在比较少见,但在我们的故事正在讲述的这个时代,由于天王星和海王星对物质向内的牵引,这种现象经常发生。从月球上环形山的记录可以发现这个“大轰炸”的踪迹,显示出内太阳系曾经被大量小天体撞击。它们亦曾撞击过地球,但其痕迹早已被掩盖住了。
太阳系是如何组成排列的呢?首先地球是太阳系的几大行星之一,离太阳最近的是水星,最远的是海王星,最亮的是金星。
太阳是如何形成的?