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太阳系的诞生
一颗恒星诞生了

太阳系是我们的家园。它的中心恒星太阳是一颗燃烧的核火球,照亮了围绕它运行的8颗行星,其中一颗就是我们生活的地球。除此之外,还有几颗较小的矮行星,以及数以百万计的岩石、小行星和更小的冰块,它们都围绕太阳运行。

我们的太阳只是银河系约一千亿颗恒星中的一颗。虽然在写这篇文章的时候,我们很难给出什么精确的数据,但这些恒星应该大多数都有它们自己的行星。所以银河系,乃至整个宇宙都充斥着恒星系统。想到这一点,我们似乎很自然地要问,这些恒星和它们的行星是从哪里来的?它们是如何形成的?

虽然太阳诞生的时候,我们都不在现场,我们所在的太阳系也没有形成,但我们对它们的情况还是有一定了解的。因为我们很幸运,银河系中随时随地都有新的恒星诞生,而且一向如此,所以我们可以用望远镜看到这是怎么回事。

尘归尘,土归土:新星的原材料

银河系中充满了尘埃和气体——大部分是氢和氦,但也有更重的元素、矿物质和冰的痕迹——它们构成了星际介质。这些气体并非均匀分布。相反,有些地方就是比其他地方的气体聚集得多。为什么?这么说吧,银河系不是一个风平浪静的地方:恒星在生命结束时会爆炸,脱落外层,将它们抛入太空,从这一点你便能看得出。因此,宇宙中到处是翻卷流动的气体云,有时这些云会发生碰撞,它们之间的引力往往会让它们粘在一起。

在那些气体密度稍大的地方,气体往往会收缩得更厉害。所以,凡是气体和尘埃过剩的地方,就会有更多的气体和尘埃被吸引过去,使那个地方的气体密度进一步增加,如此反复。这就是万有引力的特点:它只有吸引力,从不产生排斥力。

物质在太空中的扩散从来不是公平的,而是像钱生钱一样,星际介质会吸引更多的星际介质。

所以,星际介质中到处是翻卷的气体和尘埃云也就不足为奇了。

所以,假使有一团巨大的、旋转的气体云,它靠着自身的引力聚成一团,那么,它必须是巨大的,否则就没有足够的质量来维持它的存在,它就会飘散开来。事实上,形成太阳系的云团直径约为20秒差距,或超过60光年。

由于自转,云团会像烙饼一样变得扁平,外缘渐薄,中间鼓起。其实,随着时间流逝,它看起来会越来越像一个巨大的、单面煎的鸡蛋。

这个巨大的星际转盘的最核心区域(鸡蛋的蛋黄部分)会在自身引力的作用下收缩,原子之间会非常接近。压力和温度变得极高。事实上,它的温度和密度都将变得格外高,以至于氢气将因核聚变而点燃。较轻的原子将会融合为较重的原子,释放出高能辐射,使原子变得更热。很快,整个气体云的内部核心都会陷入熊熊的核火中。不过外层部分由于气体密度不够,无法产生核聚变,所以不会燃烧。

当四个氢核融合成一个氦核时,所释放的辐射量是巨大的。它不仅包括高能光子,还包括反电子(也称为正电子)和中微子——它们是四个氢核中的两个转化为两个中子后的残余物。这就是核聚变是巨大能源的原因。它会对气体云产生两个重大影响——

点燃:气体云从内部开始燃烧

首先,它将停止收缩。当然,它自身的引力仍然存在,但来自核聚变活跃地区的辐射压力会使力保持平衡。在气体坍塌和气体不断爆炸之间存在着一种微妙的平衡!只要还有足够的氢燃料来维持核聚变过程,这种平衡可以存在数十亿年。

其次,辐射压力会将外层气体推得更远。就像一个巨大的鼓风机,太阳风清除了其周围较轻的气体颗粒。这就是为什么今天的太阳系里基本没有氢气的原因。用现代望远镜甚至可以观察其他恒星系统,看到它们各自的恒星风与星际介质相遇的区域。因为大多数星系并非固定在空中,而是在银河系中移动,而它们的移动会掀起氢气和氦气的惊涛骇浪。这种“波浪”往往有几百万开尔文的高温,被称为“弓形激波”,它是一个巨大的核火球从星际介质中像在耕田里那样犁过的结果。

行星:打造恒星后的边角料

好了,星系中央星的诞生就讲到这里,围绕它运行的行星又是怎么来的呢?事实证明,行星形成的具体情况相当复杂,我们仍然没能掌握所有细节,但大致是这样的:

形成太阳系的气体和尘埃云是密度不均匀的,气体云本身也一样,其内部密度并非均一的,某些区域的物质就是比其他区域的更容易凝聚。正如我们之前说过的,密度最高的当然是气体云的中心(单面煎蛋的蛋黄部分)。但鸡蛋的蛋白部分——被称为“原行星盘”的那部分——也包含着密度比平均值大的区域。在这些区域中,物质也会收缩,形成团块,称为“星子”。

但似乎引力并非原行星盘中星子形成的唯一原因。比如,小小的尘埃颗粒喜欢粘在一起,形成土石团,穿过尘埃和气体,随着附着在上面的物质越来越多,它的体积也越来越大。

据我们所知,中央星的点燃发生于原行星盘的不均一性变得显著之时,或者略早于此;发生后,物质便凝聚成了星子。我们做出这个假设的原因之一是:在我们的恒星系统中,离太阳较近的行星,即水星、金星、地球和火星,大多由较重的元素组成。这些元素太重,无法被太阳风推到太阳系的外缘。另外,离太阳较远的行星所含的气体粒子也更多。太阳系中最大的气体巨行星木星就是一个很好的例子。

一段时间后,大概在45亿年前,太阳风已经吹走了太阳系中大部分的气体和尘埃,因此原行星盘的增长就停止了。然而,这并不是行星形成的终点,因为仍有许多岩石和残骸残留,新形成的行星可以通过引力或直接撞击与之互动。

事实上,行星形成后的动态是非常复杂的,对太阳系形成今天的样子起着非常重要的作用。 cTEbwDaBfo7fhOwYcXrFnNEH0IZJoc0RhjHINIkD68oLQKuccx4PzlyJCLAR95gA

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