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太阳系灾变之谜（第1页）

太阳系灾变之谜

太阳和其行星形成以后，经过几十亿年的漫长演化，已基本形成了一个稳定的天体系统。所有行星在自转的同时，都在围绕着太阳做公转运动。不过种种迹象表明，5．8亿年前的太阳系与现在的太阳系在成员上有很大的不同，那时的太阳系没有冥王星，地球也没有月球为伴，在太阳系的空间范围内，尚没有彗星出现；且在火星与木星之间运行着的是一颗类地行星，而不是现在的小行星带。那么，我们是根据什么做出这些推断的呢?这还要从行星的轨道分布说起。

太阳系行星的分布具有一定的规律性，各行星的轨道半径都符合提丢斯一波得定则。按照这一定则，人们猜想，在火星与木星之间，轨道半径在2．8天文单位的地方，应该运行着一颗大行星。1801年元旦之夜，意大利西西里天文台台长皮亚齐，果然在这一区域发现了一颗行星。但一经测算，未免令人感到遗憾，因为这颗行星的体积和质量简直太小了，直径不足800千米，质量只有地球质量的0．0002倍，根本无法与其他轨道行星相比，于是，把它命名为“小行星”。这就是人类发现的第一颗小行星——谷神星。

1802年，德国天文爱好者奥伯斯发现了第二颗小行星——智神星；1804年，德国天文学家哈丁发现了婚神星；J807年，奥伯斯又发现了灶神星。随着照相术在天文观测上应用，闯入人们视野的小行星越来越多，迄今为止，发现并已正式编号的小行星已超过3700颗。据估计，在火星与木星之间的小行星可能有4万多颗，它们在这一区域形成了一条小行星带。

小行星的发现令天文学家们感到惊讶，在本应是大行星的轨道上，为什么运行的却是一群小行星呢?

为了解释小行星的起源，学术界可谓百家争鸣。在小行星发现之初，人们就曾猜想，在火星与木星之间原有一颗像地球或火星那样大的行星，因为不明原因发生了大爆炸，小行星带就是这颗类地行星爆炸后形成的。到了20世纪，这种“爆炸说”观点仍很盛行，苏联科学院院士奥尔洛夫主张把假想中的这颗行星命名为“法厄同”星。

针对小行星半径较小的特点，美籍荷兰天文学家凯珀对小行星的形成提出了碰撞说。他认为，小行星是由5—10颗原行星碰撞碎裂而成的。他对小行星进行统计发现，半径小于10千米的小行星，数目与半径的关系大致符合由碰撞形成碎片的经验公式。火星与木星轨道之间的区域，物质密度之所以特别小，则是由于木星掠夺造成的。

除此之外，还有一种比较流行的观点认为，小行星不是由大行星爆炸或撞碎产生的，而是由原始弥漫物质凝聚而成的。小行星的早期演化同大行星的发育差不多：先形成较小的星子，进而形成较大的行星胎。只是到后来，大行星的行星胎发育较正常，顺利地长大为行星；相反，火星与木星之间因为密度低，行星“胎儿”都患了“营养不良症”，除了极少数略大一点外，个个像“小人国”出来的侏儒。为此，人们又把这一假说称为“半成品说”。

小行星的起源是太阳系演化的重要组成部分，由于小行星带保留了太阳系演化过程中的许多信息，因而具有较高的研究价值。不过，前面提到的几种假说，并不能完全令人信服。爆炸说主要从人为灾变的角度探讨了小行星带的形成原因，这种观点有很大的随机性，涉及原因和机制等关键问题，依然是一片空白，因而无法得到科学的认证。

碰撞说则把小行星带的起源推到了太阳系演化初期，但这一假说一经推敲，却是自相矛盾的。既然在同一轨道上能够同时诞生几颗行星，那么，它们之间的存在关系就应是相对稳定的，行星间不会发生碰撞，就像同轨道卫星的运行情况一样；否则，在同一轨道上，就不会形成这些行星。

“半成品说”则把小行星的形成归结为“流产的胎儿”，是发育不全的行星胎。实际上，这是把小行星带的轨道位置赋予了特权地位，是不符合行星演化规律的。、

从理论上讲，太阳系演化的某一时期，在现在小行星的轨道上运行着一颗大行星，爆炸说的这一假设与行星形成理论是相符的。而导致大行星爆炸，演变成小行星的原因，碰撞说的观点又是比较合理的。但是这种碰撞不应发生在两颗行星之间，一种最大的可能性是，一个外来天体撞击到了“法厄同”星，导致了星体爆炸。

早在1749年，法国博物学家布丰在解释太阳系行星的起源时，就曾设想，有一颗来自星际空间的彗星与太阳发生了碰撞，碰撞产生的碎块演化成了行星。虽然这种灾变说最终为人们所摒弃，但是这一学说的观点却有极大的启示性。因为在太阳系漫长的演化过程中，我们不能排除星际物质侵入太阳系的可能性，这类事件如果一旦发生，太阳系行星的命运就难以预料了。

除此之外，我们还应该对太阳系的原始星云进行考察。因为天文学家们在望远镜中发现，银河系中存在着许多双星系统，仅在太阳附近81．5光年的范围内，双星就占了大约40％。可见，在恒星的世界中，具有引力关系的双星系统占有相当大的比例。那么，太阳系的原始星云为什么没有演化为双星系统呢?是不是组成太阳伴星的物质与太阳发生了碰撞，而被吞食掉了呢?如果这一推断成立，那么太阳系在演化过程中，就必然发生过天体碰撞事件。

基于上述考虑，我们不妨对太阳系的演化做如下假设：在太阳系演化初期，不规则的原始星云在收缩旋转过程中发生了断裂，其中较大的一块质量占总质量80％的原始星云，最终演化为原始的太阳；而较小的一块原始星云，则脱离了原始星云的主体，以较大的速度被抛射出去，进入到了星际空间，但仍与太阳系保持着引力联系。据估计，这块较小星云团最远可运动到距太阳系中心5万天文单位。在漫长的星际运行过程中，这块较小的星云团有相当一部分在星际空间弥漫散失，质量进一步减少，加之密度相对较低，最终也没有达到形成恒星的临界质量，因而没有成为第二个太阳，太阳系也由此失去了成为双星系统的机会。

在40亿年左右的时间里，这一星云体一直在太阳系外缘运动，受太阳万有引力的作用，渐渐向太阳系靠拢，慢慢地以螺旋形轨迹进入了环绕太阳的运动轨道。5．8亿年前，星云体已运动至距太阳100天文单位处，接着，在太阳万有引力的作用下进入太阳系，从而引发了太阳系诞生以来最大的一场灾变。

撞人太阳系的星云体，在运动过程中体积被拉长而呈带状。其中80％的物质径直向太阳冲去，直接被太阳所吞食；而剩余的20％物质，则与行星发生了激烈的碰撞与摩擦。星云体首先与“法厄同”星发生了正面碰撞，大量固体物质冲向行星表面，撞裂了星体的外壳，行星内部热能急剧喷发出来，引发了“法厄同”星体发生了爆炸。爆炸使“法厄同”星由一个巨大的行星体，分裂成无数碎块，碎块广泛分布于附近行星的轨道空间内，其中仍运行在原轨道上的碎块，形成了今天的小行星带。

星云体裹带着“法厄同”星炽热的爆炸碎块继续向太阳系中心飞驰，进入了火星轨道。由于火星质量较小，只相当于地球的0．11倍，因此，只吸引了较少的星云体转化为火星的大气，并俘获了两块质量较小的星体碎块绕其旋转，这就是火卫一和火卫二。

星云体穿过火星轨道进入地球引力区，这时有一个相当于地球质量1．23％的星体碎块被地球俘获，形成了地球的天然卫星——月球。按理说，这时的地球同时俘获了许多小质量的星体碎块，但是在地月之间无法形成稳定的运行轨道，最终都坠落到了地球和月球表面，太平洋和月球上的环形山就是在这一时期形成的。月球形成之初，温度较高，以液态物质为主，因而在自身引力作用下，形成了标准的球体。同时，月球从星云体那里也吸引了一些气体物质，组成了自己的大气；但受地球的影响，这些大气最后又都散发了。

星云体不仅给地球送来了月球，同时也给地球带来了大气和丰富的矿藏。大量天外物质撞向地球，在地球表面引发了大规模的火山爆发和地壳移动。

碰撞释放出了大量的热量，使地球温度急剧升高，地表层低熔点物质被蒸发到大气层中。此时大气层中混杂着俘获不久的星云气体和地面各种蒸发物，极为浑浊、不透明。经过几百万年以后，地球向太空散发了大量的热量，大气开始冷却，大气层中的一些高熔点物质和比重较大的物质陆续降落到地面。其中，星云体中各种元素组成的矿物质在地壳表层形成了各种矿藏，如石油、煤炭、天然气和各类金属、非金属矿藏。又过了几百万年，大气层中的氢和氧发生了化学反应，生成了水分子。随着温度的下降，大量水分子降落到地表，形成了今天的海洋。海洋形成以后，通过水的调温作用，使地球表面出现了相对稳定的恒温世界，这时的大气开始渐渐透明，一个蔚蓝色的星球在太阳系中诞生了。在4．5亿年前，生命演化的历程开始启动，碳氢有机化合物在海洋中汇集，形成了孕育生命的“原汤”，由此揭开了地球上生命繁衍的序幕。

越过地球轨道，星云体继续前行，进入金星的引力范围。由于星云体是在金星运动的后方切入金星轨道的，被金星引力吸引的星云体逆金星自转方向旋转，软摩擦及引力的逆向牵引，改变了金星的自转方向，使原来自西向东的旋转发生了逆转，于是形成了金星今天这种自转方向和公转方向相反的运动情形。在金星周围，“法厄同”星的爆炸碎块也形成了几个天然卫星，但由于这些卫星的公转方向与金星的自转方向相反，经过几千万年至上亿年的演化，轨道半径越来越小，最终坠落于金星表面。这应该是金星没有卫星和大气如此混浊的原因吧。

星云体掠过金星继续前行，飞临今天的水星轨道半径区。在传统理论中，水星是在太阳系星云盘中产生的八大行星之一，但是，从水星的自身条件来看，这种观点却很难站得住脚。

水星距离太阳最近，轨道半径只有．5800万千米，与太阳相比，水星的质量只是太阳质量的600万分之一，半径只有太阳半径的280分之一。如果把太阳比作一个西瓜，那么水星只有芝麻粒大小。在近距离范围内，要想产生对比如此悬殊的天体，是不合情理的。然而，如果把水星的直径4880千米与卫星相比，就会发现，水星的大小正好落在巨族卫星之列，与木卫四和土卫六极其接近。水星表面和月球一样，凹凸起伏，环形山星罗棋布，还有山脉、陡壁悬崖、盆地和平原，与卫星的地表特征相似。水星的运动特征也具有一定的特殊性，水星绕太阳运行的轨道偏心率只有0．2056，除冥王星以外，在八大行星中水星的轨道最扁；它的轨道倾角也是除冥王星以外最大的一个。水星的公转速度平均为48公里／秒，是太阳系中运动速度最快的行星。

因此，与其把水星当作星云盘中产生的标准大行星，不如把它列为新诞生的小行星更为合理。我们有理由认为，水星与卫星及小行星具有共同的起源，是太阳俘获了“法厄同”星的爆炸碎块形成的。起初，在太阳周围形成了许多类似水星的行星；但是，由于受太阳和金星引力的影响，没能形成稳定的运动轨道，最终都被淘汰了。水星在形成之初也是有大气的，与月球一样的原因，又都散失掉了。

星云体和“法厄同”星的爆炸碎块混合物继续前行，在轨道近日点接近太阳。这时，绝大部分物质在太阳周围形成了物质环，绕太阳旋转，最终被太阳所吞食。而一少部分物质则在惯性力的作用下，摆脱了太阳的束缚，向太阳系边缘冲去。

残余的星云体在向太阳系边缘的运动过程中，再次穿越木星和土星轨道，与木星和土星发生了近距离接触，大量的气体云被木星和土星所俘获，冷却后降落于星体表面，使这两个行星体积急剧增大，变成了液态巨行星。由此可知，木星和土星的核是一个类地行星。由于木星和土星质量增大，引力作用加强，因而俘获了大量“法厄同”星的爆炸碎块，形成了各自的卫星系统和光环。

越过木星和土星轨道，余下的星云体继续前行，进入了天王星和海王星的引力区。这时，有一块星云体混合物撞击在天王星的侧面，使天王星整个星体发生了翻转，改变了自转轴的方向，于是形成了黄赤交角为97．9°的奇怪现象。与木星和土星一样，天王星和海王星通过万有引力俘获了大量的星云气体混合物，由一颗类地行星变成了类木行星，形成了各自的大气和卫星系统。

在海王星俘获卫星的过程中，曾有一“法厄同”星的爆炸碎块被海王星的引力吸引，但由于速度太快，距离过远，而没能被海王星俘获成为卫星。然而，这一物质团块却在海王星引力的作用下，偏离了原来的运动方向，进入到了环绕太阳运动的行星轨道，这就是冥王星。因此上说，冥王星是继水星之后，星云体混合物在太阳系内形成的第二颗“大行星”。

冥王星与水星一样，也保留了混合气云团的一些运动特征。冥王星的轨道偏心率为0．25，是八大行星中最大的；相对黄道面的轨道倾角为17．2度，也是太阳系行星中最大的。在近日点，距太阳仅29．8天文单位，它已走进海王星的轨道之内。这些特征说明，冥王星不是在星云盘中形成的标准行星。

当星云体和比例极小的“法厄同”星的爆炸碎块混合物运动至太阳系边缘，在50—100个天文单位的地方散落下了一条微天体群带，即柯伊伯带；之后继续前行，滞留于距太阳约5万天文单位处，这就是天文学家们所说的奥尔特云。在柯伊伯带一奥尔特云中，偶尔也有一些小的气体云团在行星引力作用下，脱离母体从太阳系边缘折回，当这些掺杂着固体碎块的混合物再次接近太阳时，就是我们所见到的彗星。因此，彗核具有类地行星的化学成分，否则在接近太阳时会蒸发掉。而彗发则以原始星云的化学成分为主，在远离太阳温度很低的情况下凝为固体，在接近太阳时受热喷发，像飘逸的长发舒展于星际空间。

这就是5．8亿年前太阳系所经历的那场灾变，正是由于这场灾变，极大地改变了太阳系的组成和结构，也正是这场灾变，给地球带来了生命的契机。

当然以上所有的描述都是未经证实的假设。