1.2　球体地球的形成

地球是一个球体，这似乎在很早的远古时代就被人所知，教科书中还出现了类似“海面上远方的来船”等现象的证明。但是，最初的地球胚胎并不是标准的球体，而是类似现在的小行星那样的无规则形状。最后，经历了长久的演变之后，质量和体积都明显增大（动力学知识告诉我们，自然的球体形状需要达到一定的质量和体积才能形成），地球才会具备目前的“标准”的球体形态。

1.2.1　类地行星　类木行星　“星子理论”

太阳系中有八大行星，它们按照属性被分为了两大类：类地行星和类木行星。

类地行星：体积小，质量小，公转速度快，离太阳近，彼此间距小，卫星数量少，有岩石表面，密度大。

类木行星：体积大，质量大，公转速度慢，离太阳远，彼此间距大，卫星数量多，无岩石表面，密度小。

在最远的类地行星火星和最近的类木行星木星之间，存在着众多形状不规则，质量和体积都很小的小行星，总体称为小行星带。这些小行星实际上就是我们下面要谈到的，组成大行星，尤其是类地行星的最初物质——星子。

太阳系的演化被称为“星云假说”，而我们称大行星形成的过程为“星子理论”。

由星云假说来看，形成太阳系的最初的原始星云团（见图1.7（1））经过旋转、收缩之后，核心的温度升高，压力增大，最终形成了太阳。星云团在自转的过程中，赤道部分的自转速度更大，也就更能够吸引星云物质。当参与自转物质的离心力等于核心对它们的吸引力时，这些物质就会留下来形成星云盘（见图1.7（2））。早期形成的星云盘有着巨大的半径，物质分布也由于自转线速度的不同而呈现出越靠近星云团中心（太阳）密度越大的趋势，这样就构成了沿星云盘半径分布，密度逐渐减小的星云物质（盘）。随着太阳的不断演化，太阳辐射（太阳风）的逐渐加强，这些沿太阳系半径分布的物质逐渐被“规划”分解为一个个星环带。星环带中存在的就是一些我们称为“星子”的小天体，它们类似于目前存在于“火木小行星带”的那些小行星。随着星云团半径的增加，每个星环带中的星子的大小和质量以及物质成分是不太相同的。比如地球所在的环带，星子最大的直径不会超过1000km。沿着星云盘半径向外的方向星子的密度逐渐减小，总体数量也逐渐减小，但它们依然围绕着太阳公转（见图1.7（3））。

处在各个星云环中的星子会相互吸引、碰撞（见图1.7（4）），最终的“胜者”形成大行星（见图1.7（5））。

这一理论是符合目前太阳系天体的属性的，也就是符合太阳系天体的三大共性：共面、同向、近圆。大行星轨道共面（因为它们都产生于星云盘之中）；相对太阳的公转同向（它们属于同一个星云团）；轨道近圆是因为太阳引力和自转离心力共同作用的结果。

而星子理论最有力的证据，就是火木小行星带的存在。在小行星带之内，靠近太阳的类地行星质量较大、密度较高，相互碰撞之后比较容易聚合成一个整体——固体大行星。在它之外的类木行星由于物质密度低，星子的质量小，所以只有它们的核心形成了固体的结构，而核心之外则吸引了大量的星际气体和尘埃，构成了基本是气体的类木行星。火木小行星带中的星子，质量和体积都不足以产生能够将它们凝聚在一起的引力，所以至今依旧漂浮在它们的轨道带上……

1.2.2　弱肉强食　大鱼吃小鱼

我们所重点关心的，当然是地球所处的星云环中所发生的故事。据分析，在星云环开始形成时，处于环中的星子应该有上百万之多，它们的大小、形状都有很大的不同，而且由于环带的范围较大，在环带内边缘更靠近太阳的地方，星子物质的密度、质量应该更大些。在共同环绕太阳运转的过程中，星子之间相互吸引、碰撞的现象密集发生，不断地呈现出“大鱼吃小鱼”“弱肉强食”的激烈场面。最终的结果就是，作为强者的地球诞生了！

在这些密集发生的碰撞中，有一次碰撞被认为对地球的形成和演化起到了决定性的作用，那就是一颗被称为Theia的天体与地球之间的碰撞（见图1.8）。据报道，科学家已经找到了这次碰撞曾经发生过的证据。

据推算，这颗小天体应该和目前的火星差不多大小。所以，也有一些人把这次碰撞形容成“火星撞地球”。事件应该是发生在地球形成的初期，距现在45亿年左右。那时的地球虽然已经初具球形，但是不论是形状、由里及外的物质构成以及自转、公转速度等都极其不稳定。Theia小天体可以说是“劈头盖脸”地迎面撞击上了地球，撞击的结果是，地球几乎被一分为二，而Theia则是真正地被一分为二了。

Theia小天体的一分为二，关系到了地球的形成和演化中的两个关键性问题。第一，地球内核（见图1.9）强大的磁场的产生；第二，我们的卫星——月球的产生。

太阳的年龄是50亿年左右，在太阳诞生之后的3亿～4亿年，地球开始形成，也就是距今46亿～47亿年的时候。最初形成的地球的胚胎，物质是比较严格地沿深度分层的，温度和压力也是梯度分布的。这些现象从太阳系现有的类地行星金星和火星上也能推测出来。但是，像地球现在这样具有固态的内核心和包围内核心的液态圈层，而且两者的自转速度不一样现象，应该是“非自然”形成的结果。也就是说，就像某些研究者所认为的，Theia星（子）在与地球相撞后，的确是被一分为二了，而且它核心的大部分密度高的物质是直达原来地球的内核心的。而由于碰撞速度极快，压力极大，产生的温度也很高，所以才形成了原有的地球核心变为液态物质围绕Theia星形成的固态内核分布的状态。当然，这些还只是推测。可是，巨大的地球磁场的产生却是来源于地球内外核心的相互耦合作用的。

碰撞的第二个重大的影响，就是月球的产生。月球的诞生被认为有三大类说法，而其中的“分裂说”（月球原来是地球的一部分，而且正好是地球上太平洋那里的一部分，某一天，这一部分飞出去了，形成月球；留下来的“大坑”形成太平洋）和“姐妹说”（地球和月球是在一起孕育生成的）都被事实否定了。更多的证据支持“母女说”，也就是地球“俘获”了月球，获得月球的芳心之后，使得月球围绕着地球公转。现在，一些学者认为，俘获说还是正确的，只不过这一次的“俘获”并不是那么的“脉脉含情”“温文尔雅”，而是真正的“惊天动地”“改头换面”。也就是说，“俘获”是以激烈碰撞的形式发生的（就像是抢亲），碰撞之后，Theia星（子）一分为二，或者是一分为很多！但其中密度大的核心部分形成了地球核心的固体部分，而撞碎的，或者说密度小、质量轻的部分组合成了现在的月球，这也就能够解释，为什么地球的平均密度（5.5g/cm 3 ）要高于月球的平均密度（3.8g/cm 3 ）的现象。

1.2.3　月亮露面了

月亮，洁白圆润，是地球的伴侣、地球的卫星。世界上的许多民族都有月亮崇拜，特别是中国人对月亮的情结尤为深重，因为没有了月亮，我们很难想象李白、杜甫等大诗人怎么能够构想出那么美的诗句。当然，许多人都知道，月亮的作用比这个可要大得多。你会说潮汐、月亮周期、月亮照明……玩笑了，实际上我们真的可以说，没有月亮就没有地球，也就没有生命！

那么，月亮的产生和存在对地球有些什么影响呢？

你肯定首先想到的就是潮汐。是的，潮涨潮落就是来自于月球产生的引潮力（见图1.10）。

不过，月亮最初形成时地球上的海洋还没有出现。月亮对地球的引力作用主要体现在使地球的自转变慢和地球的自转轴变稳定这两个方面。而它们对地球早期的演化都起到了决定性的作用。

据推算，早期地球的自转速度很快，自转一周需要10小时左右，这样的速度不仅不可能产生海洋、大气、生命，而且过快的自转速度会使得地球自身很不稳定，随时存在着分裂的可能。月亮的出现使地球自转变慢，整体变得更加稳定。

我们知道金星和天王星都是“躺着”绕太阳公转的，其原因就是它们身边没有足够的天体（卫星）引力的“牵引”，以抵消其他大行星对它们自转轴的引力。你可能会说，金星没有卫星，可是天王星有卫星呀。但是相对于天王星的大质量，它的卫星的作用还是太小了。而我们的月亮相对地球来说足够大，完全可以抵消其他大行星对地球赤道处物质的引力所可能产生的地轴偏转。但是，由于太阳和木星有着太大的质量，地轴在它们的引力下还是会出现摆动，而月球和地球一起构成了很稳定的地月系体系，这就使得地球自转轴的摆动幅度很小（只有1.3°的摆幅）。这种摆动体现在火星上面是0°～60°的变化，原因就是火卫一和火卫二太小了。

由于有了月球的引力作用，地球的自转速度明显降低，地球本身的引力也就有所加强。地表的温度也得以逐渐下降，这样，火山喷发和小天体撞击产生的气体和液体就可能被存留在地球表面，最终形成海洋和大气。

图1.10展示了月亮的引潮力会产生潮汐的“大、小潮”，这样就会造成地球表面明显的海水流动。而海水的大范围流动是产生洋流、海流的必然原因，它们左右了地球上的能量交流和气候的变化，比如我们后面要提到的大气的“西风带”和“墨西哥暖流”等。

更加重要而且还很少为人所知的是，海水的潮涨潮落会产生巨大的摩擦力，这种海水对地壳，再加上地壳对地幔的摩擦力，是促使地幔保持一定的温度，使其始终处于熔融态的原因之一。而如果没有这样的摩擦生热，地幔的温度降低，岩浆就可能凝固变为固体，还可能带动地核的温度降低，这样地球的自转就可能会停下来，最起码产生地球磁场的地球内外核的转动会变慢或者会停下来，那么地球磁场将会消失，地球的电磁屏障就会消失……太阳风、小行星等就会呼啸而来！

这样看来，早期的地球就像一个血气方刚的小伙子，体力充沛、活力无穷，但是缺少了自我控制和调配的能力。而月亮的出现，就像是在小伙子身边多了一位知情达理、善良体贴的少女，使得小伙子安稳了下来。而他们组成的家庭更是体现了地月系体系的和谐。近期，有人声称月球受到的地球引力变小了，月球正在慢慢地远离地球。地球会失去月亮吗？我们大可放心，天体的运行都遵循着一定的规律，在现在的时间周期，月亮是在远离地球，而下一个时间周期，它就会靠近地球，就像是小夫妻吵嘴…… qXTwiRxF4bhtU8cRUjQogVYn3toYfa2asaWvhIlVgnebAS5Nasi56mGt9MTTuagl