青少年不可不知的1000个文化历史常识

第八节 太阳系是如何诞生的

　　星云说

　　这种观点首先由德国伟大的哲学家康德提出来，几十年以后，法国著名数学家拉普拉斯又独立提出了这一观点。他们认为，整个太阳系的物质都是由同一个原始星云形成的，星云的中心部分形成了太阳，星云的外围部分形成了行星。不过，康德和拉普拉斯的观点也有着明显的分歧。康德认为太阳系是由星云的进化性演变形成的，先形成太阳，后形成行星；拉普拉斯则相反，认为原始星云是气态的，且十分灼热，因其迅速旋转，先分离成圆环，圆环凝聚后形成行星，太阳的形成要比行星晚些。尽管他们的观点有这样大的差别，但是大前提是一致的，因此人们便把它们捏在一起，称这一理论为康德——拉普拉斯假说。

　　灾变说

　　由于康德——拉普拉斯假说无法解释太阳和各行星之间动量矩的分配问题，因此在20世纪初，灾变说盛行起来。这个学说的首创者是法国布封。后来又有一些人相继提出太阳系起源于灾变。代表人物是英国天文学家金斯。他认为太阳是先形成的，行星的形成，是一颗恒星偶然从太阳身边掠过，把太阳上的一部分东西拉了出来的结果。太阳受到起潮力的作用，从表面抛出一股气流。气流凝聚后，变成了行星。

　　俘获说

　　灾变假说，足足占据了天文学家们的头脑达30年之久。最近几年，灾变说又活跃起来，霍尔夫森就是这一观点的拥护者，他的最新解释是，形成行星的气体流是从掠过太阳的太空天体中抛射出来的。但天文学家们经过计算后认为，气体中的物质在空间弥散开来之后，不会产生凝聚现象。这是对灾变说的釜底抽薪。于是，俘获说便应运而生。这一假说最早是苏联科学家施密特提出来的。他认为，当太阳某个时候经过气体尘埃星云时，会把星云中的物质“据为己有”，形成绕太阳旋转的星云盘，并逐渐形成各个行星及其卫星。德国的魏扎克、美国的何伊伯也都是这一观点的拥护者。

　　太阳系

　　太阳系（solar system）是由太阳、8颗大行星、66颗卫星以及无数的小行星、彗星及陨星组成的。

　　行星由太阳起往外的顺序是：水星（mercury）、金星（venus）、地球（earth）、火星（mars）、木星（jupiter）、土星（saturn）、天王星（uranus）、海王星（neptune）。离太阳较近的水星、金星、地球及火星称为类地行星（terrestrial planets）。宇宙飞船对它们都进行了探测，还曾在火星与金星上着陆，获得了重要成果。它们的共同特征是密度大（＞3.0克/立方厘米），体积小，自转慢，卫星少，内部成分主要为硅酸盐（silicate），具有固体外壳。离太阳较远的木星、土星、天王星、海王星称为类木行星（jovian planets）。宇宙飞船也都对它们进行了探测，但未曾着陆。它们都有很厚的大气圈，其表面特征很难了解，一般推断，它们都具有与类地行星相似的固体内核。在火星与木星之间有100000个以上的小行星（asteroid）（即由岩石组成的不规则的小星体）。推测它们可能是由位置界于火星与木星之间的某一颗行星碎裂而成的，或者是一些未能聚积成为统一行星的石质碎块。陨星存在于行星之间，成分是石质或者铁质。

　　太阳

　　太阳是太阳系中是离我们最近的一颗恒星。但我们对它还有很多未知的东西。1997年3月9日，发生在中国北方漠河的日全食，让每一位亲临现场的观众都大开眼界。就在那一瞬间，明亮的天空被一道黑幕合上，太阳被月影完全遮掩。此时，人们惊异地看到“黑太阳”周围一团白色的光圈。而且，在太阳的上下两地区，这层光圈内竟排列着一道道发散状羽毛样的东西。那么，太阳怎么会生出“羽毛”呢？

　　日冕与极羽

　　这要先从日冕说起。在日全食发生时，平时看不到的太阳大气层就暴露出来了，这就是冕。日冕可以从太阳色球边缘向外延伸到几个太阳半径处，甚至更远。人们曾形容它像神像上的光圈。它比太阳本身更白，外面的部分带有天穹的蓝色。日冕的形状是有变化的。人们通过观察发现，自19世纪末以来，日冕的形态随太阳黑子活动的周期（约11.2年）在两个极端的类型之间变化。极衰期的日冕往往在太阳两极表现出一种像刷子上的一簇簇羽毛似的结构，人们叫它“极羽”。一般认为，聚集在太阳极区的日冕等离子气体，由起着侧壁作用的磁场维持其流体静力学平衡，并因此形成极羽。

　　太阳耀斑

　　太阳色球层中运动最剧烈的是耀斑，又叫做色球爆发。用望远镜观察，有时可以发现，在光球层黑子附近会突然出现局部增亮现象，并且在几秒钟内，亮度和面积迅速增大，尔后再慢慢消失。一般将增亮面积超过3亿平方千米的称作耀斑，小于3亿平方千米的称作亚耀斑。耀斑爆发时要释放出巨大的能量，大耀斑在十几分钟内释放出的能量，相当于100亿颗百万吨级的氢弹爆炸产生的能量。

　　耀斑的产生

　　色球层耀斑会产生大量的紫外线、X射线和γ射线辐射，并抛出大量的高能粒子。它们到达地球后，对于地球的影响也是非常明显的。例如，它们扰乱地球磁场，引起磁暴；强烈的辐射破坏地球电离层，致使短波通讯中断。耀斑是如何产生的呢？一般来说，耀斑能量来自于磁场，是一个巨大的强磁场区域的突然瓦解。然而诱发磁场迅速瓦解的原因是什么呢？科学家提出了几十种关于耀斑的理论模型，为了验证其正确与否，人类对耀斑除了进行地面观测之外，还发射了一些航天器在太空中进行全面观测。但要最终揭开它的秘密还需要一段时间，世界各国的天文学家正为此努力工作着。

　　恒星诞生的奥秘

　　在无数星星中，除了少数行星外，其余都是自己会发光且位置相对稳定的恒星。它们像长明的天灯，万世不熄。太阳是距我们最近的一颗恒星。其他恒星离我们都非常遥远，离得最近的比邻星也在4光年以外。恒星都是十分庞大的天体。例如，太阳的直径约为140万千米，相当于地球的109倍，体积比地球大130万倍。1955年，苏联著名天文学家阿姆巴楚米扬提出超密说。他认为，恒星是由一种神秘的“星前物质”爆炸而形成的。具体地讲，这种星前物质体积非常小，密度非常大，但它的性质人们还不清楚。不过，多数科学家都不接受这种观点。与超密说不同的是弥漫说，其主旨是认为恒星由低密度的星际物质构成。其渊源可以追溯到18世纪康德和拉普拉斯提出的星云假说。

　　构成恒星的物质

　　星云是构成恒星的物质，但真正构成恒星的物质量非常大，构成太阳这样的一颗恒星需要一个方圆900亿千米的星云团。从星云聚为恒星的过程可分为快收缩阶段和慢收缩阶段。前者历经几十万年，后者历经数千万年。星云快收缩后半径仅为原来的百分之一，平均密度提高1亿亿倍，最后形成一个“星胚”。这是一个又浓又黑的云团，中心为一密集核。此后进入慢收缩，也叫原恒星阶段。这时星胚温度不断升高，温度升高到一定的程度就要闪烁发光，以示其存在，并步入恒星的幼年阶段。但这时恒星尚不稳定，仍被弥漫的星云物质所包围着，并向外界抛射物质。

　　恒星的肖像

　　在静寂的夜空中，人们看到天上的星星都是闪的，除了大小和亮暗之外没有区别。事实上是不是这样呢？当然不是，每颗恒星都有自己的独特相貌。早在中国的汉代，我们充满智慧的祖先，通过细心观察，已经把恒星分成白、赤、黄、苍、黑5种颜色。1665年，英国的牛顿利用三棱镜发现了太阳的连续光谱，从而知道日光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等各种不同颜色的光混合而成的。

　　打开恒星相貌奥秘的“钥匙”

　　1814年，德国的夫琅和费用分光仪作太阳光谱的研究。他们在暗室的百叶窗上开了一条狭缝，让太阳光通过狭缝照射到一块棱镜上，棱镜后面则是一架小望远镜。夫琅和费通过小望远镜，惊奇地发现太阳的“七色彩带”样的光谱中又出现了许多条暗线。经过反复计数，这样的暗线共有567条之多。根据前人的几项发现，我们已经逐渐了解恒星的真实肖像。恒星颜色的不同，表明各个恒星温度不同，比如白色温度高，红色温度低，所以说光谱是了解恒星的“钥匙”。

　　反物质

　　“反物质”是和物质相对立的一个概念。众所周知，原子是构成化学元素的最小粒子，它由原子核和电子组成。原子的中心就是原子核，原子核由质子和中子组成，电子围绕原子核旋转。原子核里的质子带正电荷，电子带负电荷。从它们的质量看，质子是电子的1840倍，形成了强烈的不对称性。因此，20世纪初有一些科学家就提出疑问，二者相差这么悬殊，会不会存在另外一种粒子，它们的电量相等而极性相反？

　　反粒子的发现

　　1928年，英国青年物理学家狄拉克从理论上提出了带正电荷“电子”的可能性。这种粒子，除电荷同电子相反外，其他都一样。1932年，美国物理学家安德逊经过实验，把狄拉克的预言变成了现实。他把一束γ射线变成了一对粒子，其中一个是电子，而另一个同电子质量相同的粒子，带的就是正电荷。1979年，美国新墨西哥州立大学的科学家把一个有60层楼高的巨大氦气球，放到离地面35千米的高空，飞行了8个小时，捕获了28个反质子。从此，人们知道了每种粒子都有相应的反粒子。

　　湮灭效应

　　按照对称宇宙学的观点，“反物质”是存在的。这一学派认为，我们所看到的全部河外星系（包括银河系在内），原本不过是个庞大而又稀薄的气体云，由等离子体构成。等离子体既包含粒子，又包含反粒子。当气体云在万有引力作用下开始收缩时，粒子和反粒子接触的机会就多了起来，便产生了湮灭效应，同时释放出巨大能量，收缩的气体云开始膨胀。这就是说，等离子气体云的膨胀，即是由正、反粒子的湮灭引起的。

　　推论

　　人们根据反粒子，自然联想到反原子的存在。一个质子和一个带负电荷的电子结合，便形成了原子，那么一个反质子和一个带正电荷的“电子”，不就形成了一个反原子了吗？类推下去，岂不会形成一个反物质世界吗？理论上，这是成立的。但经研究发现，粒子和反粒子一旦相遇，就会“同归于尽”，转化成高能量的光子辐射。