太陽系的起源和演化
05-28
系外行星的發現挑戰既有理論，演化過程仍然是謎太陽系的誕生，幾十億年前，在由數千億顆恆星組成的浩瀚銀河系的一個角落裡，一顆新的恆星誕生了—它就是我們賴以生存的太陽。之後，在太陽周圍形成了幾顆行星，其中的一顆孕育了不計其數的生命，這就是地球。地球生命在漫長的演化過程中，最終演化出了智慧生命—人類。人類在地球上繁衍生息幾百萬年，建立了高度發達的文明，並推動了科學技術的迅猛發展，從而解開了自然界中的很多難解之謎。但是，人類一直在不懈地探索一個問題：我們生活的家園太陽系，是如何誕生又是如何演化的呢？令人遺憾的是，直到今天，我們依然無法很好地回答這個問題。雖然我們對太陽系的誕生和演化歷史有了一個大概的了解，但是仍然有許多未解之謎有待破解。大約20年前，科學家在太陽及其他恆星的周圍發現了系外行星後，有關太陽系形成的理論陷入了一片混亂的局面，並引發了激烈爭論。系外行星這一新「樣本」的發現，使得科學家意識到，有必要重新修改和完善行星形成理論。下面，就讓我們一邊追尋太陽系的誕生故事，一邊親身體驗和思考一下令科學家倍感困惑的難解之謎。太陽系有八大行星，它們都按照接近圓形的軌道繞著太陽公轉。其中，水星、金星、地球和火星位於太陽系內側（靠近太陽），主要由岩石構成，屬於較小的「岩質行星」。位於外側的木星和土星則主要由氫氣構成，屬於「氣態巨行星」。天王星與海王星距離太陽更遠，是主要由冰構成的「冰態巨行星」。太陽系的誕生
太陽系和其他行星系雖然學者同意另外還有其他和太陽系相似的天體系統，但直到1992年才發現別的行星系。至今已發現幾十個行星系，但是詳細材料還是很少。這些行星系的發現是依靠多普勒效應，通過觀測恆星光譜的周期性變化，分析恆星運動速度的變化情況，並據此推斷是否有行星存在，並且可以計算行星的質量和軌道。應用這項技術只能發現木星級的大行星，像地球大小的行星就找不到了。此外，關於類似太陽系的天體系統的研究的另一個目的是探索其他星球上是否也存在著生命。太陽、八大行星、三個矮行星的一些對比太陽與八大行星及三個矮行星數據表（順序以距離太陽由近而遠排列），赤道直徑以地球直徑12756公里為1單位，衛星數截至2006年5月，距離與軌道半徑以1天文單位（AU）為單位。 種類 天體 赤道直徑（地球=1） 質量（地球=1） 軌道半徑（AU） 軌道傾角（度） 公轉周期（地球年） 自轉周期（地球天） 已發現衛星數恆星 太陽 109 333,400 -- -- -- 27.275 --類地行星 水星 0.382 0.05528 0.38710 7.0050 0.240852 58.6 0金星 0.949 0.82 0.72 3.4 0.615 243.0185（逆向自轉） 0
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不過，話說回來，這種混亂和爭執，或許正是激發科學家的靈感和熱情，推動科學發展的巨大動力呢。
行星不一定一直繞著同一軌道公轉！ 太陽系的誕生，首先，讓我們了解一下太陽系的基本信息。太陽系八大行星都位於差不多同一平面的近圓軌道上運行，朝同一方向繞太陽公轉。其次，讓我們來看看各行星到太陽的距離。在天文學上，把太陽到地球的平均距離（大約1.496億公里）定義為1天文單位（AU，astronomical unit）。水星與太陽的距離大約是0.39AU（太陽到地球距離的大約0.39倍)，金星大約是0.72AU，地球是1.0AU，火星約為1.5AU，木星約為5.2AU，土星約為9.6AU，天王星約為19AU，最外側的海王星大約為30AU。此外，水星、金星和火星是岩質行星，它們的質量都比地球小。木星、土星、天王星及海王星的質量分別是地球的大約320倍、95倍、15倍、17倍。
不得不認為「行星遷移了」如前文所述，系外行星的發現使得科學家意識到，有必要重新修改太陽系的形成理論。下圖描繪了迄今為止所發現的，軌道和質量都已確定的系外行星離中心恆星的距離及其質量。仔細觀察藍色橢圓內的區域，我們就會清晰地發現：在非常靠近中心恆星的地方分布著數量眾多的行星。與太陽系相比，這些行星的位置更靠近中心恆星。研究認為，這種中心恆星的附近並沒有足夠的形成行星所需的材料物質。然而，這裡卻實際存在著大量的行星，這一矛盾令科學家感到無比困惑。為了解釋這一矛盾，科學家不得不假設在外側形成的行星出於什麼原因向內側遷移了，也不得不假設系外行星所帶來的最大影響就是「行星的遷移」。太陽系的構成 太陽系的中心是太陽，雖然它只是一顆中小型的恆星，但其質量已佔據整個太陽系總質量的99.85%；餘下質量中包括行星與它們的衛星、行星環，還有小行星、彗星、柯伊伯帶天體、外海王星天體、理論中的奧爾特雲、行星間的塵埃、氣體和粒子等行星際物質。整個太陽系所有天體的總表面面積約為17億平方千米。太陽以自己強大的引力將太陽系中所有的天體緊緊地控制在他自己周圍，使它們井然有序地圍繞自己旋轉。同時，太陽又帶著太陽系的全體成員圍繞銀河系的中心運動。太陽系內的行星現被定義為八顆，依距太陽由近至遠依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星，後四顆行星還各自有環系統。而相對於月球較小的被定義為矮行星，如冥王星。參見2006年行星重定義。另外還有各種「太陽系內的小天體」，包括各行星、小行星與矮行星的衛星、於火星與木星之間公轉的眾多小行星、彗星、海王星外天體（TNOs，如齊娜）與流星體等其他零碎天體。太陽系中的各個天體主要由氫、氦、氖等氣體，冰（水、氨、甲烷）以及含有鐵、硅、鎂等元素的岩石構成。類地行星、地球、月球、火星、木星的部分衛星、小行星主要由岩石組成；木星和土星主要由氫和氦組成，其核可能是岩石或冰。太陽系的起源和演化另請參看太陽系起源、太陽系形成年齡一般以為行星系統是恆星形成過程的一部分，但是也有學者認為這是兩顆恆星差一點撞擊而成。最普遍的理論是說太陽系是從星雲形成。
恆星形成的基本過程為此：
星雲中較密的核心部分變得太重，重心不穩定，開始分裂和崩潰墜落。一部分的重心能量變為放射的紅外線，剩下的增加核心的溫度。核心部分開始成為圓盤形狀。當密度和溫度道足夠高， 氘融合燃燒開始發生，輻射的向外壓力減慢(但不中止)臨近其他核心崩潰。其他的原料繼續下落到這一顆原恆星，它們的角動量的作用可能導致雙極流程。最後，氫開始熔化在星的核心，外面剩餘的包圍材料被清除。太陽星雲這個假說，是1755年由伊曼努爾·康德提議。他說，太陽星雲慢慢地轉動，由於重力逐漸凝聚並且鋪平，最終形成恆星和行星。一個相似的模型在1796年由拉普拉斯提出。太陽星雲開始直徑大約100AU，質量是現在太陽的兩三倍。在這個星雲中，比較重的物質往中間落，積聚成塊，是成為以後的行星。而星雲外部越來越冷，因此靠里的行星有很多重的礦物質，而靠外的行星是氣體或冰體。原太陽大約在46億年前形成，以後八億年中各個行星形成。太陽系的運動太陽系是銀河系的一部分。銀河系是一個螺旋形星系，直徑十萬光年，包括兩千多億顆星。太陽是銀河系較典型的恆星，離星系中心大約兩萬五千到兩萬八千光年。太陽系移動速度約每秒220公里，兩億兩千六百萬年在星系轉一圈。太陽系中的八大行星都位於差不多同一平面的近圓軌道上運行，朝同一方向繞太陽公轉。除金星以外，其他行星的自轉方向和公轉方向相同。
彗星的繞日公轉方向大都相同，多數為橢圓形軌道，一般公轉周期比較長。對太陽系的探索與研究人類出於對自身生存環境了解的渴望以及日益緊張的地球資源，從1959年開始不斷的通過空間探測器等進行空間探測，研究太陽系。目前主要集中在月球和火星的探測以及小行星和彗星的探測。對太陽系的長期研究，分化出了這樣幾門學科：太陽系化學：空間化學的一個重要分科，研究太陽系諸天體的化學組成（包括物質來源、元素與同位素丰度）和物理－化學性質以及年代學和化學演化問題。太陽系化學與太陽系起源有密切關係。太陽系物理學：研究太陽系的行星、衛星、小行星、彗星、流星以及行星際物質的物理特性、化學組成和宇宙環境的學科。太陽系內的引力定律：太陽系內各天體之間引力相互作用所遵循的規律。太陽系穩定性問題：天體演化學和天體力學的基本問題之一地球 1.00 1.00 1.00 0 1.00 0.9973 1
火星 0.53 0.11 1.52 1.9 1.88 1.0260 2矮行星 穀神星 0.15 2.5-2.9 10.6 4.6 0類木行星 木星 11.2 318 5.20 1.3 11.86 0.4135 63土星 9.41 95 9.54 2.5 29.46 0.444 56 (有34顆已命名)天王星 3.98 14.6 19.22 0.8 84.01 0.7183 27海王星 3.81 17.2 30.06 1.8 164.79 0.6713 13矮行星 冥王星 0.18 0.0021 29.6-49.3 17.1449 248.6452 6.3872 3厄裡斯 0.19 37.8-97.6 44.187 557 1「水內行星」
天文學家曾發現離太陽最近的水星有一些牛頓力學無法解釋的微小運動，天文學家懷疑可能有一個比水星更靠近太陽的行星的引力引起的，並用一個火神的名字給這個行星起名為「祝融星」（中文常譯為「火神星」），但天文學家們觀測了五十多年仍然未找到這顆行星。這個牛頓力學無法解釋的微小運動，已被科學家愛因斯坦的廣義相對論解釋。廣義相對論的引力理論解釋了水星的特殊運動（稱「水星近日點進動」），但某些天文學家仍未放棄對「水內行星」的探尋。其他資料太陽系內眾多包含固態表面，而其直徑超過1公里的天體，它們的總表面積達17億平方公里。有人認為太陽其實是一個雙星系統的主星，在遙遠的地方存在著一個伴星，名為「涅米西斯」（Nemesis，有譯作復仇女神）。該假設是用作解釋地球出現生物大滅絕的一些規則性，認為其伴星會攝動系內奧爾特雲中的小行星和彗星，使其改變軌道衝進太陽系，增加撞擊地球的機會並出現定期生物滅絕。太陽系的誕生（下）
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