太阳系如何形成?科学家给出了多种回答,其中星云假说被广泛接受

  • 日期:07-23
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自远古以来,人类一直在探索宇宙形成的奥秘。然而,尽管在过去的几个世纪中已经开始了科学革命,但对太阳系形成的解释仍然受到经验理论的支配。在16和18世纪,天文学家和物理学家开始使用实际证据来解释太阳,行星和宇宙的形成。

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最广泛接受的太阳系形成观被称为星云假说。从本质上讲,这个理论认为,太阳系,行星和太阳系中的所有其他物体是由数十亿年前的雾状物质形成的。最初这个理论被用来解释太阳系的起源,并逐渐成为一个被广泛接受的观点,即所有恒星系统的起源。

星云假说

该理论表明,早期太阳系和太阳系中的所有行星都是巨大的气体分子和尘埃云。然后,大约45.7亿年前发生的事情导致了云的崩溃。可能是恒星或超新星的冲击波最终导致云中心的重力坍缩。

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从崩溃开始,大量的灰尘和气体开始聚集在更密集的区域。随着越来越密集的区域吸入越来越多的物质,由于动量守恒定律,它开始旋转,压力的增加也使其升温。大多数材料最终在中心形成一个球体,而其他物质则被压平成围绕球体旋转的圆盘。当中心球形成星形时,其余材料将形成原行星盘。

行星中的尘埃和气体被吸引以形成更大的物体。金属和硅酸盐具有较高的沸点,因此它们可以在太阳附近以固体形式存在,最终形成诸如水星,金星,地球和火星等行星。金属元素仅构成太阳星云的一小部分,因此类地行星不是很大。

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相反,巨行星(木星,土星,天王星和海王星)形成在火星轨道和木星之间的点之外,在那里温度足够低,挥发的冰冷化合物保持固态(即霜线)。冰比金属和硅酸盐更丰富,因此巨行星可以变得非常大,捕获氢气和氦气。没有形成行星的残骸集中在小行星带,柯伊伯带和奥尔特云中。

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NASA/JPL-加州理工学院。

在五千万年期间,原始恒星中心的氢气压力和密度变得足够大,以开始热核聚变。温度,反应速率,压力和密度增加,直到达到流体静力学平衡。因此,太阳成为主要的序列之星。来自太阳的太阳风产生了日光层,并将剩余的气体和尘埃从原行星盘扫入星际空间,结束了行星的形成。

星云假说的历史

太阳系起源于星云的想法最初由瑞典科学家和神学家Emanuan Swedenborg在1734年提出。熟悉他的工作的伊曼努尔康德进一步发展了这一理论并将其发表在他的普遍自然历史和天空理论中。 (1755)。在本文中,他认为气态云(星云)缓慢旋转,由于重力逐渐坍塌和扁平化而形成恒星和行星。

Pierre-Simon Laplace在他的论文“Exposition du system du monde”中提出了一个类似但更小更详细的模型,该论文于1796年发布。他认为太阳最初在整个太阳系中具有高温气氛,而这个“原始的星云” “冷却和收缩。随着云旋转越来越快,它会抛出最终凝结成行星的东西。

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插图:Sh NASA/ESA

拉普拉斯星云模型在19世纪被广泛接受,但它有一些相当明显的问题。主要问题是太阳与行星之间的角动量分布,星云模型无法解释。此外,苏格兰科学家James Clerk Maxwell(1831-1879)断言,环内外之间的不同速度不允许物质凝结。天文学家大卫布鲁斯特(1781-1868)也反对这一说法,并说:

“那些相信星云理论的人相信地球已经从太阳大气层抛出的环中获得了固体物质和大气。这个环后来缩成了一个坚固的两栖球体,月球也被抛出. [在此观察]下一个]月亮必须从地球上取水和空气,并且必须有一种气氛。“

到20世纪初,拉普拉斯模型已经失宠,科学家们开始探索新的理论。然而,直到20世纪70年代才出现了现代公认的星云假设变体太阳星云盘模型(SNDM)。这归功于苏联天文学家Victor Safronov及其着作《Evolution of the protoplanetary cloud and formation of the Earth and the planets》(1972)。本书几乎解决并解决了所有行星形成过程中的主要问题。

例如,SNDM模型成功地解释了年轻恒星物体周围的吸积盘的外观。各种模拟也表明,这些圆盘中物质的积累导致了一些地球大小的恒星的形成。因此,地球行星的起源现在被认为是一个几乎已经解决的问题。

虽然最初只适用于太阳系,但后来理论家们认为SNDM适用于整个宇宙,它被用来解释许多系外行星的形成。

问题

虽然星云理论被广泛接受,但它仍然存在一些问题,天文学家一直无法解决它。例如,倾斜轴的问题。根据星云理论,恒星周围的所有行星都应该以与黄道相同的方式倾斜。但是,正如我们所知,内行星和外行星的轴向倾斜完全不同。

内行星的倾角几乎为零,而其他行星(如地球和火星)的倾角较大(分别为23.4°和25°),而外行星的倾角范围为木星小倾角的3.13°到土星。它与海王星有更明显的倾斜(26.73°和28.32°),与天王星的极端倾斜97.77°,其极点总是面向太阳。

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Phl.upr.edu

此外,对太阳系外行星的研究已经引起科学家注意到一些不规则性,并对星云假说产生怀疑。其中一些不规则性与“热木星”的存在有关,“热木星”在短短几天内与它们的恒星间隔很近。天文学家调整了星云假说来解释一些问题,但尚未解决所有外围问题。

好吧,似乎与起源有关的问题是最难回答的。当我们认为有一个令人满意的解释时,仍然存在一些无法解释的难题。然而,我们在当前的恒星和行星形成模型与宇宙的诞生之间走了很长的路。随着我们更多地了解相邻恒星系统并探索宇宙,我们的模型可能会进一步成熟。

参考

1.WJ百科全书

2.天文名词

3. Coconut Fudge -universet Today

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