文 / 聞新 孫立新

星系和宇宙 太陽系的初期

文 / 聞新 孫立新

太陽系誕生（46億年前）

46億年前的銀河系是不同于今天的，它是由5條旋轉(zhuǎn)臂組成。在銀河系的5條旋轉(zhuǎn)臂的一條臂上，宇宙云中的星際氣體和塵埃漸漸開始收縮，形成質(zhì)量較大物質(zhì)。又過了5000萬年至1億年后，這些收縮的星云就誕生出了太陽。圍繞太陽軌道的顆粒發(fā)生坍塌，漸漸地生長出星子，其直徑僅僅為幾公里，而軌道碎片漸漸地形成了微行星。

行星的誕生（45億年前）

美國阿波羅登月計劃揭示出月坑是由于在距今約45億年時大量天體的撞擊而形成的。此后，撞擊的次數(shù)很快減少。這一發(fā)現(xiàn)使吸積理論有了依據(jù)，吸積理論認為宇宙塵團聚在一起成為顆粒，顆粒變成礫石。礫石變成小球，然后變成大球，再變成微行星（即星子），最后，塵埃終于變成了月球那樣的大小。隨著星體越來越大，有一些星體在太陽引力作用，被太陽捕獲，進入太陽軌道，成為內(nèi)行星，如水星、金星、地球和火星。另外一些星體今天仍然獨立存在，如小行星和彗星等。

月球形成的四種假說

月球從哪里來，一直是人類爭論的問題。目前有四種理論，分別為分裂理論、姐妹理論、捕獲理論和撞擊理論。

分裂理論認為月球曾經(jīng)是地球的一部分，在太陽系形成的早期，由于某種未知的自發(fā)力量將地球和月球給分裂開了。但隨著航天技術的發(fā)展，阿波羅登月任務將月球土壤帶回到地球，并證明月球土壤和地球土壤的化學成分是截然不同的，因此這種理論被徹底否認。

捕獲理論認為月球沒有固定軌道，它曾經(jīng)漂泊在太空里，但進入太陽系后，由于地球引力作用，它被固定在現(xiàn)在的軌道上。

姐妹理論認為月球和地球是同時形成的。當?shù)厍蛐纬蓵r，周圍還有大量塵埃和石塊圍繞地球旋轉(zhuǎn)，靠近地球的塵埃和石塊被地球捕獲，而有些石塊速度由于旋轉(zhuǎn)速度快，無法落到地球上，便由于自身引力聚集在一起，形成了月球。

撞擊理論認為太陽系剛形成的時候，一顆大小如同火星的小行星，以某種形式擊中地球，并使地球噴出大量的物質(zhì)。這些噴出物進入太空，經(jīng)過重整后在環(huán)繞地球的軌道上合并成一個單一的固體，形成了月球。今天，計算機仿真技術可以模擬這一理論，阿波羅任務帶回到地球的樣本，也發(fā)現(xiàn)了月球上有地球的脆皮。

康德的“星云假設”

康德，1724年出生在德國。他是一位自然科學家，也是一位樸素的唯物主義思想家，他31歲時匿名發(fā)表了《宇宙發(fā)展史概論》，大膽否定了宇宙起源的神創(chuàng)論，提出了宇宙起源的“星云假說”。他認為星云在它自身引力作用下會逐漸聚攏，形成太陽和行星。

由于當時科學發(fā)展水平的限制，他的“星云假說”也有不少錯誤，曾一度被人們摒棄，但是他的基本思想是正確的。

今天，歷經(jīng)修改后的“星云假說”已成為太陽系起源的主流理論，修改后的假說認為旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)圓盤通過從塵埃粒子到小行星和原行星的連續(xù)不斷聚集，進而形成了直徑達幾千米到幾百千米的星子。慢慢地，這些星子在重力的作用下結(jié)合成原行星，這種原行星就是現(xiàn)在行星的前身。

地球大量的化學元素來自哪里？

天文學家告訴我們，宇宙最初主要是由氫氣和氦氣組成。如果是這樣，地球上大量的元素來自于哪里？答案是來自于恒星。

恒星，比如我們的太陽，它通過自己內(nèi)核的原子融化，創(chuàng)造出大量的化學元素。特別是當恒星死亡的時候，則釋放出更多化學元素和物質(zhì)，包括二氧化碳、硅、氧和鐵等等，甚至也可能釋放出生物體，進而豐富了宇宙塵云。

地球形成的初期（43億年前）

43億年前，由于地球自身的輻射、內(nèi)部引力的加熱和天外流星的轟炸，地球基本處于融化狀態(tài)，進而發(fā)生了較重的鐵元素沉積到地心，較輕的地殼和地幔浮在地核之上，包圍著地核。

43億年前，地球就有大氣層，主要是由氫氣和氦氣組成，但由于的太陽輻射所致，這些氫氣和氦氣逃逸到了太空。

地球環(huán)境的形成（40億年前）

火山爆發(fā)噴射出來的氣體改變了大氣成分，水蒸汽、二氧化碳和氮氣進入了地球的大氣層。之后，水蒸汽上升形成了云，不又久轉(zhuǎn)化成雨落到地球上。雨水聚集成為江湖、河流和海洋盆地，吸收大氣中的二氧化碳。少量氧氣出現(xiàn)在大氣層里，氮氣也不斷積累。

月球則不如地球那么幸運，沒有大氣層保護，所以它一直遭受宇宙碎片的撞擊，有些撞擊它的碎片甚至與一座城市的面積一樣大。

早期地球的內(nèi)部（35億年前）

35億年前，處于熔化狀態(tài)的地球，較重的元素向中心下沉，較輕的元素則升至地球表面，進而形成了地層。地層從外至內(nèi)包括地殼、地幔、外核和內(nèi)核。

地殼厚度大約為19公里，如果把地球收縮成一個雞蛋大小，那么地殼厚度就是雞蛋殼厚度的一半。

地殼下面是地幔，地幔相當于雞蛋的蛋撻液，地幔的厚度為2900公里，具有足夠柔性，即使運動也不會斷裂。地幔的溫度為870度至3000度。

在地幔之下是地球的外核和內(nèi)核。外核是融熔狀態(tài)的，溫度為5000度至6000度，類似于太陽表面的溫度，深度為2500公里，它也是地球的磁場源。內(nèi)核的溫度很高，因為壓力很大，所以它是固體的，是固態(tài)鐵，直徑約為1200公里。

陳彩連