大文学

第25章 安魂曲（第3页）

当我们考虑行星的大小和密度时，我们可以看到行星分为两类。靠近太阳的内行星(水星、金星、地球和火星)相对较小(地球大小或更小)，平均密度相对较高(大于玄武岩的密度)。高密度表明行星的质量主要由岩石或金属组成。由于内行星与地球相似，它们被统称为类地行星(Terrestrial Planets)。

外行星，即那些离太阳更远的行星(木星、土星、天王星和海王星)都比地球大得多。此外，它们的平均密度都要低得多，这表明它们主要由气体或冰组成。在这里，冰不仅指冻结的水，也指其他化合物的固体(如冻结的二氧化碳或氨)。

由于它们与木星相似，外行星传统上被称为类木行星(Jovian Planets)。最后，除了水星和金星，所有的行星都有卫星，但没有两颗行星的卫星数量相同。木星具有环，即沿木星赤道运行的由细小物体组成的细带。

除了行星之外，太阳系还包含许多其他天体。所有都显示顺行，但有些轨道偏心率很大，可能相对于黄道面(Ecliptic Plane)倾斜。尽管它们数量众多，但太阳系中除太阳以外的所有天体加起来只占太阳系质量的很小一部分(0.15%)，99.85%的质量在太阳内部。

2.4太阳系的起源

如果你能以某种方式回到50亿年前，你会发现我们的太阳系并不存在。在它的位置上，你会发现一个星云，一个由气体和尘埃组成的云团。这个星云的大部分由氢(74%)和氦(24%)组成，它们是宇宙大爆炸遗留下来的气体。

剩下的元素包含了元素周期表中所有其他90种不同比例的自然存在的元素。回想一下，这些元素是由恒星的核聚变反应、超新星爆炸形成的。星云包括挥发分(Volatile Materials)，如氢气(H2)、氦(He)、甲烷(CH4)、氨(NH3)、水(H2O)和一氧化碳(CO)以及难熔材料(Refractory Materials)，如硅(SiO2)、铁氧化物(Fe2O3)和氧化镁(MgO)。

哈勃太空望远镜拍摄的一个星云，一个恒星摇篮(NGC 2174)，位于6500光年之外

一开始，星云非常热，它在膨胀，就像任何气体云被加热时一样。那个不断膨胀的星云是如何成为我们的太阳系的?

根据星云理论(NebularTheory)，重力将星云中的物质拉到一起，然后向内坍缩。虽然这个陈述描述了发生的事情，但它并没有给出全貌。今天，天文学家们用一个更复杂的模型来解释这一过程的细节，这个模型被称为凝结理论(Condensation Theory)。

它认为如果星云只包含气体，它会保持足够的热度来继续膨胀，而不会坍缩。实际上星云中有微小的冰(0.01mm)和尘埃存在，使星云能够充分冷却，从而使它能够坍缩。之所以会发生这种冷却，是因为固体比气体更有效地向外辐射热量。

此外，冰和灰尘颗粒充当了原子附着的“种子”，使更大的固体颗粒得以生长。当超新星爆炸释放出的压缩波穿过星云并将粒子推得更近时，就可能触发了这种凝结过程。

随着时间的推移，越来越多的固体粒子相互碰撞并聚集在一起，产生更大的质量，从而产生更强的引力，吸引周围的物质。星云中包含物质最多的那部分施加了最大的引力，所以更多的物质落向这个区域，产生了一个由尘埃和气体物质组成的球。

当这个球变大时，它的引力变得更大，剩下的星云物质开始迅速向内坍缩。当星云中最初的旋转物质向内下降时，星云开始旋转，当更多的物质向内移动时，由于角动量守恒，旋转变得更快。一旦旋转速度足够快，离心力，即物体在绕某一点旋转或在轨道上移动时所感受到的明显的向外的力，就会变得重要起来，导致坍缩的星云变平。在这个阶段，它变成了一个吸积盘(Accretionary Disk)。

随着吸积盘的中心球变得更大、更密，它也变得更热，因为气体在压缩时变热。最终，这个球变得足够热，辐射出大量的热量，它成为了一颗原恒星(Protostar)。当原恒星在引力作用下被充分压缩时，它变得非常热，大约4.57 Ga时，核聚变反应开始了，这个物质球变成了真正的恒星，也就是我们的太阳。

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为什么吸积盘的所有物质没有都向内落入新生的太阳？吸积盘扁平部分的物质绕着原太阳旋转的速度快到足以使它保持在轨道上。一旦太阳形成，这些物质就变成了原行星盘(Protoplanetary Disk)，作为行星和其他物体的来源。

最初，原行星盘是尘埃、冰和气体的均匀混合物。但是当太阳被点燃时，盘的内部变得更热，导致由易挥发物质组成的冰粒变成气体。太阳风，一股快速移动的粒子流从太阳吹走，将这些气体吹到原行星盘的外部。当气体通过一个叫做霜冻线(Frost Line)的边界时，挥发性物质重新冻结成冰。最终，圆盘的内部主要是难降解的尘埃，而外部则是大量的挥发性气体和冰。

太阳系的斜视图，未按比例绘制，显示出霜冻线