【十万个为什么——天文(一)】太阳系是从哪里来的

来源: 作者:科普工作队 发布日期:2014-11-13 00:00:00



  太阳系
   在天文学中,这个问题正式的名称叫作“太阳系的起源 ” 。 目前, 科学家对太阳系的年龄、行星的化学组成等还是有了比较一致的认识,并且普遍采纳了太阳系起源的 “ 现代星云说”。
  在历史上,太阳系起源的第一个 “ 星云说 ” 是德国哲学家康德于 1755 年提出的,但当时没能引起人们的关注。 1796 年,法国天文学家拉普拉斯在《宇宙体系论》一书中又提出一种显得更加合理的太阳系起源星云说。后来人们常把这两种学说合称为 “ 康德 - 拉普拉斯星云说”。
  
  现代的太阳系起源学说发展了早期星云说的某些基本论点。它的主要内容是: ( 1 ) 大约 50 亿年前,一团巨大的气体 - 尘 埃云,即 “ 太阳星云”,在自身引力作用下收缩; ( 2 ) 太阳星云继续收缩,并因自转的离心作用而逐渐变扁,其中央的大团物质日后将变成太阳,外围某些较小的物质团则将成为行星; ( 3 ) 尘埃颗粒起着凝聚核的作用,物质团块互相碰撞和黏合,逐渐成长为月球那么大小的 “ 星子 ” ;⑷正在形成的太阳产生强烈的“星风 ” ,把星云气体 “ 吹 ” 向远方; ( 5 ) 星子继续碰 撞和成长; ( 6 ) 经历了上亿年的时间,终于形成在接近圆形的轨道上环绕太阳运转的八大行星。我们这个太阳系的主要部分就这样诞生了。
  
  
  太阳系的边界在哪里
  
  
  
  太阳系的边界是一个既值得探索 、 又值得回味的问题。它之所以成为问题,本身就是天文学上一次重大观念变革 ——“ 日心说”取代“地心说”的结果。因为只有确立了日心说,才有太阳系这一称谓,也才谈得上 “ 太阳系的边界 ” 这一问题。
  如果以 1543 年哥白尼出版《天体运行论》作为日心说确立的年份,那么有关太阳系的边界这一问题,最初 238 年的答案,是在距太阳约 9.6 天文单位(约 14 亿千米 ) 的土星。这一答案在 1781 年被英国天文学家威廉 • 赫歇尔发现的太阳系第七颗行星 —— 天王星 —— 所改变。这项发现将太阳系的边界扩展到了距太阳约 19 天文单位(约 29 亿千米 ) 处。
  天王星被发现后,天文学家对它的轨道进行了计算。出乎意料的是,计算结果与观测并不吻合。天文学家将这一现象归结为一颗未知行星对天王星的引力干扰。英国天文学家亚当斯和法国天文学家勒威耶先后推算出了新行星的位置和轨道。 1846 年,柏林天文台的加勒和达雷斯特依据勒威耶的推算结果,成功地找到了太阳系的第八颗行星 —— 海王星,太阳系的边界由此扩展到了距太阳约 30 天文单位(约 45 亿千米 ) 处。
  在那之后又隔了大半个世纪, 1930 年,美国洛厄尔天文台的天文学家汤博发现了比海王星更遥远的太阳系天体 —— 冥王星。这颗一度被视为太阳系第九大行星,直到 2006 年才被降级为矮行星的天体,将太阳系的边界扩展到了距太阳约 39 天文单位(约 59 亿千米 ) 处。但冥王星的发现并未终结探索太阳系边界的努力。 20 世纪 40 年代之后,几位天文学家先后提出了一个想法,那就是在像冥王星那样远离太阳的地方,行星的形成过程会因物质分布过于稀疏而无法进行到底,其结果是在距太阳 30 - 55 天文单位(约 45 亿 - 83 亿千米 ) 处形成一个由 “ 半成品 ” 组成的小天体带。这个小天体带被称为柯伊伯带。自 1992 年起,柯伊伯带中的天体被陆续发现,它们的分布范围比原先估计的更广。柯伊伯带的发现使太阳系的边界又向外扩展了好几倍。
  


  
  有些天文学家猜测 " 赛德娜 " 也是奥尔特云天体
  但这仍然不是太阳系的边界。因为天文学家普遍猜测,距太阳更遥远的地方有可能存在一个长周期彗星的“大仓库 ” 一奥尔特云,它的范围有可能延伸到距太阳 50000 - 150000 天文单位 (75000 亿 - 225000 亿千米 ) 处。这几乎已经到了太阳引力控制范围的最边缘,在那之外即便还有天体,也不会像普通太阳系天体那样围绕太阳运动,从而不能再被视为太阳系的一部分了。因此,奥尔特云如果存在,并具有猜测中的范围的话,它的外边缘无疑就是太阳系的边界了。那个边界离太阳是如此遥远,哪怕一缕阳光要从太阳射到那里,也得走上两年左右的时间。如果乘坐时速 350 千米的高速火车去那里的话,则要花费约 700 万年的漫长时间!

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