太阳是怎么形成的，你知道吗

太阳是一颗恒星；恒星起源于原恒星。“大爆炸”发生后，宇宙中遍布着直径很大的星际云。原恒星就起源于这些星际云。原恒星的直径是非常大的，像一块大棉花糖，但是这些棉花糖的直径达上千光年。这些气体中某些力（主要是引力）的不平衡的因素导致了原恒星中各部分物质的密度发生了变化。这样，由于物质间引力的作用，一个或几个引力中心便形成了（这些中心以后可能合并，也可能形成几个恒星）。中心周围的物质开始向这些中心坠落，并且速度越来越快。在坠落的过程中，物质的势能（动能）转化为热能。导致原恒星的中心温度的不断并且越来越急剧的上升。到六七百万度的时候，由氢聚变为氦的核反应便被点燃了；当温度升到一千多万度时，核反应稳定有效地发生下去，恒星便进入了主序星阶段，也就是一颗发光的恒星形成了。

康德于1755年和拉普拉斯于1796年各自提出关于太阳系起源的星云学说。它是最早的科学的天体演化学说。这两种星云说的基本论点相近，认为太阳系内一切天体都有形成的历史，都是由同一个原始星云按照客观规律──万有引力定律逐步演变而成的。

康德认为，这团原始星云是由大小不等的固体微粒组成的，“天体在吸引最强的地方开始形成”，万有引力使得微粒相互接近，大微粒把小微粒吸引过去凝成较大的团块，而且团块越来越大，引力最强的中心部分吸引的物质最多，先形成太阳。外面的微粒在太阳吸引下向中心体下落时与其他微粒碰撞而改变方向，变成绕太阳的圆周运动，这些绕太阳运动的微粒又逐渐形成几个引力中心，这些引力中心最后凝聚成朝同一方向转动的行星。卫星形成的过程与行星类似。彗星则是在原始星云的外围形成，太阳对它们的引力较弱，所以彗星轨道的倾角多种多样。行星的自转是由于落在行星上的质点的撞击而产生的。康德还用行星区范围的大小来解释行星的质量分布（当时人们仅知水星、金星、地球、火星、木星、土星六颗大行星、十颗卫星和三十来颗彗星）。

拉普拉斯认为，形成太阳系的云是一团巨大的、灼热的、转动着的气体，大致呈球状。由于冷却，星云逐渐收缩。因为角动量守恒，收缩使转动速度加快，在中心引力和离心力的共同作用下，星云逐渐变为扁平的盘状。在星云收缩中，每当离心力与引力相等时，就有部分物质留下来，演化为一个绕中心转动的环，以后又陆续形成好几个环。这样,星云的中心部分凝聚成太阳,各个环则凝聚成各个行星。较大的行星在凝聚过程中同样能分出一些气体物质环来形成卫星系统。

康德星云说否定了牛顿的神秘的“第一推动力”，第一次提出了自然界是不断发展的辩证观点，因而在形而上学的僵化的自然观上打开了第一个缺口，这是从哥白尼以来天文学取得的最大进步。康德的学说侧重于哲理，而拉普拉斯则从数学和力学上进行论述。拉普拉斯的科学论述加上他在学术界的威望，使星云说在十九世纪被人们普遍接受。由于科学发展水平的限制，这两种星云学说也有不少缺点和错误，曾一度被人们摒弃。但是，目前不少天文学家认为，星云说的基本思想还是正确的。

星云说首先由德国哲学家康德提出来，几十年以后，法国著名数学家拉普拉斯又独立提出了这一问题。他们认为，整个太阳系的物质都是由同一个原始星云形成的，星云的中心部分形成了太阳，星云的外围部分形成了行星。

然而康德和拉普拉斯也有着明显差别，康德认为太阳系是由冷的尘埃星云的进化性演变，先形成太阳，后形成行星。拉普拉斯则相反，认为原始星云是气态的，并且十分灼热，因其迅速旋转，先分离成圆环，圆环凝聚后形成行星，太阳的形成要比行星晚些。

尽管他们之间有这样大的差别，但是他们大前提是一致的，因此人们便把他们捏在一起，称“康德——拉普拉斯假说”。

太阳的诞生 在群星之间，并不是空无一物，而是布满了物质，是气体，尘埃或两者的混合物。其中一种低温，不发光的星际尘云，相信是形成恒星的基本材料。 这些黑暗的星际尘云温度很低，约为摄氏-260至-160之间。天文学家发现这类物质如果没有什么外力的话，这些星际尘云就如天上的云朵，在太空中天长地久的飘着。但是如果有些事情发生，例如邻近有颗超新星爆炸，产生的震波通过星际尘云时，会把它压缩，而使星际尘云的密度增加到可以靠本身的重力持续收缩。这种靠本身重力使体积越缩越小的过程，称为“重力溃缩”。也有一些其它的外力，如银河间的磁力或尘云间的碰撞，也可能使星际云产生重力溃缩。 大约在五十亿年前，一个称为”原始太阳星云”的星际尘云，开始重力溃缩。体积越缩越小，核心的温度也越来越高，密度也越来越大。当体积缩小百万倍后，成为一颗原始恒星，核心区域温度也升高而趋近于摄氏一千万度左右。当这个原始恒星或胎星的核心区域温度高逹一千万度时，触发了氢融合反应时，也就是氢弹爆炸的反应。此时，一颗叫太阳的恒星便诞生了。 经过一连串的核反应，会消耗掉四个氢核，形成一个氦核，而损失了一点点的质量。 依据爱因斯坦质量和能量互换的方程式E=MC2，损失的质量转化为光和热辐射出去，经过一路的碰撞，吸收再发射的过程，最后光和热传到太阳表面，再辐射到太空中一去不返，这也就是我们所看到的太阳辐射。当太阳中心区域氢融合反应产生的能量传到表面时，大部份以可见光的形式辐射到太空。 在五十忆年前刚形成的太阳并不稳定，体积缩胀不定。收缩的重力遭到热膨胀压力的阻挡，有时热膨胀力扬头，超过了重力，恒星大气因此膨胀。但是一膨胀，温度就跟着下降。膨胀过头，导致温度过低，使热膨胀压力挡不住重力，则恒星大气开始收缩。同样的，一收缩，温度就跟着上升，收缩过头，导致温度过高，又使热膨胀压力超过重力，恒星大气又开始膨胀。 这种膨胀，收缩的过程反复发生，加上周围还笼罩在云气中，因此亮度变化很不规则。但是胀缩的程度慢慢缩小，最后热膨胀力和收缩力达到平衡，进入稳定期。此时，太阳是一颗**的恒星，差不多就像我们现在看到的一样。 太阳进入稳定期后，相当稳定的发出光和热，可以持续一百亿年之久。这期间占太阳一生中的90%，天文学家特称为“主序星”时期。太阳成为一颗**主序星，至今己有五十亿年，再过五十亿年，太阳度过一生的黄金岁月后，将进入晚年。 有足够长的稳定期，对行星上的生命发生非常重要。以地球的经验来说，地球太约和太阳同时形成，将近十亿年后才出现生命，经过四十多亿年后，才发展出高等智能的生物。因此，天文学家要找外星生命，只对生存期超过四十亿的恒星有兴趣。 太阳在晚年将成为红巨星 太阳在晚年时，将己经耗尽核心区域的氢，这时太阳的核心区域都是温度较低的氦，周围包着的一层正在进行氢融合反应，再外围便是太阳的一般物质。氢融合反应产生的光和热，正好和收缩的重力相同。核心区域的氦由于温度较低，而氦的密度又比氢大，所以重力大于热膨胀力而开始收缩，核心区域收缩产生的热散布到外层，加上外层氢融合反应产生的热，使得太阳外部慢慢膨胀，半径增大到吞没水星的范围。 随着太阳的膨胀，其发光散热的表面积也随之增加，表面积扩大后，单位面积所散发的热相对减少，所以太阳一边膨胀，表面温度也随之降到摄氏三千度，在发生的电磁辐射中，以红光最强，所以将呈现一个火红的大太阳，称为“红巨星”。 在红巨星时期的太阳不稳定，外层大气受到扰动会造成膨胀，收缩的脉动效应，而且脉动的周期和体积大小关。想想果冻的情形，轻拍一下果冻，它便会晃动，而且果冻越大，晃动的程度越小。同样的道理，红巨星的体积越大，膨胀，收缩的周期也越长。 简单来说，五十亿年后，太阳核心区域收缩的热将导致外部膨胀，变成一颗红巨星。充满氦的核心区域则持续收缩，温度也随之增加。当核心区域的温度升至一亿度时，开始发生氦融合反应，三个氦经过一连串的核反应后融合成为一个碳，放出比氢融合反应更巨量的光和热，使太阳外层急速膨胀，连地球也吞没了，成为一个体积超大的红色超巨星。 太阳的末路：白矮星 相似的过程是在红色超巨星的核心区域再次发生，碳累积越来越多，碳的密度比氦大，相对的收缩的重力也更大，史的碳构成的核心区域收缩下去。但是当此区域收缩到非常紧密结实的程度，也就是碳原子核周围所有的电子都挤在一起，挤到不能再挤时，这种紧密的压力挡住了重力收缩。虽然此时的温度比摄氏一亿度高很多，但是还没有高到可以产生碳融合反应的地步。因此，太阳核心区域不再收缩，但也没有多余的热使外层膨胀，就如此僵持着，形成了白矮星。由于白矮星的核心没有核融合反应来供给光与热，整个星球越来越暗，逐渐黯淡下去，最后变成一颗不发光的死寂星球——黑矮星。经过理论上的计算，白矮星慢慢冷却变成黑矮星的过程非常漫长，超过一百多亿年，而银河系的形成至今不过一百多亿年，因此天文学家认为银河系还没有老到可以形成黑矮星。 白矮星和红巨星在一起吸引 经过计算，太阳体积缩小一百万倍，约像地球一样大时，物质间拥挤的的程度才足以抗拒重力收缩。想想，质量与太阳相当，体积却只有地球大小，很容易算出白矮星的密度比水重一百万倍，也就是说一一方公分的物质约有一公吨重，是非常特别的物质状态，物理学家称为简并状态。原子是由原子核和电子构成。一般人都看过电子围绕原子核的图画或动画，虽然是简化的示意图，却也反映了微小的物质状态。通常电子都在距离原子核很远的地方绕转着，如果温度逐渐降低，或是外力逐渐增加，则电子的活动范围便被押挤而越来越小，逐渐靠近原子核。但是电子与原子核之间的距离有其最小范围，电子不能越过这道界线。就像围绕在玻璃珠周围的沙粒一样，沙粒最多依附在玻璃珠表面，而无法压入玻璃珠中。 同样的，当所有的电子都被迫压挤再原子的表层时，物质状态达到了一个临界，即使在增加压力，也无法将电子往内压挤。这种由电子处于最内层而产生的抗压力称为电子简并压力。依据理论推算，质量小于一点四个太阳质量的星球重力，不足以压垮电子简并压力，因此白矮星的质量不能比一点四个太阳质量更大。到目前为止，所发现的白矮星数量超过数百个，也都符合这个理论。这个上限首先是由一个印度天文学家钱德拉沙哈(SubrahmanyanChandrasekhar1910-1995)在1931年利用量子力学所求出来的，因此称为钱式极限(Chandrasekhar’slimit)。 当钱德沙哈拉当年提出的这种由电子简并压力挡住重力收缩的星球时，并没有得到赞扬，再英国皇家天文学会在一九三五年所举办的研讨会中，更受到当代大师爱丁顿(AuthurEddington)爵士打压，认为宇宙中并没有这种天体。德拉沙哈受到这个打击后，没有办法在即刊上发表论文，因此他写了一本书<<恒星的结构与演化>>，后来成为这个领域中的经典之作。为什么要称之为白矮星呢这是因为第一哥确定的白矮星是天狼星的伴星，颜色属高温的青白色，但是体积如此小，因此称之为白矮星，但是后来陆续发现许多同类的恒星，星光颜色属于温度较低的**橙色，但是仍然称它们为白矮星。白矮星因此成为一个专有名词，专指这类由电子简并压力挡住重力收缩的星球。

太阳起源的灾变学说

这个学说的首创者是法国的布封。20世纪前50年，有一些人相继提出太阳系起源于灾变。这个学说认为太阳是先形成的。在一个偶然的机会中，一颗恒星或彗星从太阳附近经过或撞到太阳上，它把太阳上的物质吸引出或撞出一部分。这部分物质后来就形成了行星。

根据这个学说，行星物质和太阳物质应源于一体。它们有“血缘”关系，或者说太阳和行星是母子关系。他们都把太阳系起源归结为一次偶然撞击事件，而不是从演化的必然规律去进行客观的探讨，因为银河系中行星系是比较普遍的，太阳系绝不应是唯一的行星系。只有从演化的角度去探求才有普遍意义。

就撞击来说，小天体如果撞击到太阳上，它的质量大小，不可能把太阳上的物质撞出来，小天体必被太阳吞噬掉。1994年彗星撞击木星就是极鲜明的例证。21块残骸对木星发起连续的攻击，在木星表面仅引起一点小小涟漪，被消化掉的是彗星。如果说恒星与太阳相撞，这种机率就更小了。因此，曾提出灾变学说的一些人，后来也自动放弃了原有的观点。

太阳起源的星云说

星云说首先由德国伟大哲学家康德提出来，几十年以后，法国著名数学家拉普拉斯又独立提出了这一问题。他们认为，整个太阳系的物质都是由同一个原始星云形成的，星云的中心部分形成了太阳，星云的外围部分形成了行星。

然而康德和拉普拉斯也有着明显差别，康德认为太阳系是由冷的尘埃星云的进化性演变，先形成太阳，后形成行星。拉普拉斯则相反，认为原始星云是气态的，且十分灼热，因其迅速旋转，先分离成圆环，圆环凝聚后形成行星，太阳的形成要比行星晚些。

尽管他们之间有这样大的差别，但是他们大前提是一致的，因此人们便把他们捏在一起，称“康德——拉普拉斯假说”。

太阳起源的俘获学说

这个学说认为太阳在星际空间运动中，遇到了一团星际物质。太阳靠自己的引力把这团星际物质捕获了。后来，这些物质在太阳引力作用下加速运动。类似在雪地里滚雪球一样，由小变大，逐渐形成了行星。根据这个学说，太阳也是先形成的。但是，行星物质不是从太阳上分出来的，而是太阳捕获来的。它们与太阳物质没有“血缘”关系，只是“收养”关系。

尽管各种假说都有充分的观测、计算和理论根据，也都有致命的不足，所以一直也没有一种被普遍接受的假说。太阳系在等待着新的假说。

宇宙中的星系

太阳也有自己的系，那就是太阳系，而太阳是太阳系的中心。那么，太阳的起源究竟在哪里呢？我们可能从一些科普书上有个大概的了解。现在，就让我们一起来系统地了解一下太阳系的起源吧。

1543年，波兰科学家哥白尼在《天体运行论》中提出了日心学说。随后，哥白尼的这种无畏的科学精神一直在鼓励着人们对太阳系的认知和对自然界本原的探索。

围绕太阳旋转的星系

1644年，法国科学家笛卡尔（RDescartes）在《哲学原理》中认为，太阳系是由物质微粒逐渐获得漩涡流式运动而形成太阳、行星及卫星的。

1745年，法国博物学家布封（GLLdeBuffon）在《一般和特殊的自然史》中第一次提出灾变说。他认为，质量巨大的物体，如彗星，曾与地球发生过碰撞，太阳物质也飞散出太空，后来才形成了地球与其他行星、卫星。

1755年，德国天文学家康德在《自然通史与天体理论》提出系统学说，星云假说。太阳系是一团弥漫星际物质，在万有引力作用下聚集而成。太阳系的中心就是太阳，由于斥力的增加，使得周边微粒在斥力的作用下形成团块，小团块再形成行星、卫星。

1796年，法国天文学家拉普拉斯（PSdeLaplace）在《宇宙体系论》也提出了星云说。他认为，太阳系所有天体是由同一块星云形成。原始星云是气态，温度很高，并且在缓慢自转着。而后，星云逐渐冷却、收缩；随之自转加快，使星云越来越扁，当离心力超过向心力时，便分离出旋转气体环。再次重复，继而生成多个气体环。这样就在星云中心形成太阳，而各环则形成行星，热的行星同理形成卫星。

在科学界，人们将早期的星云说统称为康德—拉普拉斯说。这一学说在十九世纪占据太阳系起源的统治地位。由于该学说不能解释行星排列的质量分布问题和太阳系角动量特殊分布问题而遇到了困难。因此，人们又将目光转向了灾变说。

1900年，美国地质学家张伯伦（TCChamberlain）提出了关于太阳系起源的星子说。随后，摩尔顿（FRMoulton）发展了这一学说。有一颗恒星曾经运动到距离太阳几百千米处，使太阳正、背面产生巨大潮汐，而抛射出大量物质，凝集成小团块质点，称为星子。星子是行星的胚胎，而后聚合成行星和卫星。后来，金斯（JHJeans1916）提出的“潮汐假说”与上面提出的星子说略有相同。

关于太阳系起源的假说，真可谓多种多样。这也说明了人类始终都没有放弃对太阳系的探索。二十世纪以来，人们的天文学知识越来越丰富。并且认识到，在广阔的宇宙中，发生恒星相遇情况的可能性极小。五十年代以后，科学家们又提出了许多新的学说，这些学说大部分都是以星云假说为基础的学说。下列是六个影响最大的学说：

1．卡米隆（AGWCameron）学说。卡米隆的这一学说主要是从力学、化学等方面对地球起源进行了认真地探讨，并通过湍流粘滞理论计算了星云盘的演化。

2．戴文赛学说。五十年代，戴文赛提出了角动量斥力圆盘理论。

3．萨夫隆诺夫（ВССаФронов）和林忠四郎(CHayashi)的学说。他们的这一学说主要是湍流形成圆盘、环的理论。

4．普伦蒂斯（AJRPrentice）—新拉普拉斯说。他提出了新的冷星云湍流说。

5．乌尔夫逊（MMWolfson）的浮获说。他提出了小质量恒星天体相遇灾变说。

6．阿尔文（HAlfvén）的电磁说。这一学说是以太阳早期存在强磁场作用的行星形成理论的。

以上这些理论各具特色。但是，一直都没有得到公认。那么，能够令人信服的太阳系起源说必需阐明下列主要问题：

1．原始星云的由来和特性。

2．原始星云或星子的形成过程。

3．行星的形成过程。

4．行星轨道的特性：共面性、同向性和近圆性。

5．提丢斯—波得（Titius～Bode）定则。

6．太阳系的角动量分布。

7．三类行星：类地、巨行、远日行星的大小、质量、密度方面的差别。

8．行星的自转特性。

9．卫星及环系的形成。

10．小行星的起源。

11．彗星的起源。

12．地-月系统的起源。

自从八十年代后期以来，科学家们对太阳系起源也就有了一个倾向性的认识。我们将这个倾向性的认识合理地细分为若干个演化阶段，加上深入地分析。这样以来，太阳系的起源问题就能够很清晰地展现在人们面前。

太阳系是四十六亿年前伴随着太阳的形成而形成的。太阳星云由于自身引力的作用而逐渐凝聚，渐渐形成了一个由多个天体按一定规律排列组成的天体系统。太阳系的成员包括一颗恒星、九大行星、至少六十三颗卫星、约一百万颗小行星、无数的彗星和星际物质等。太阳是银河系中一颗普通的恒星。根据恒星演化理论，太阳与其他大多数恒星一样，是从一团星际气体云中诞成的。这团气体云存在于约四十六亿年前，位于银河系的盘状结构中，离中心约25亿亿公里。其体积约为现在太阳的500万倍，主要成份是氢分子。这就是“太阳星云”。经历四十多万年的收缩凝聚，星云中心诞生了一颗恒星，它就是太阳。在太阳形成以后不久，残存在太阳周围的一些气体和尘埃，形成了围绕太阳旋转的行星和诸多小行星和彗星等其他太阳系天体，包括的地球和月亮。

太阳系九大行星与太阳的位置排列图。从左到右分别是太阳、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。

太阳在浩瀚的宇宙中谈不上有什么特殊性。组成银河系的有大约两千亿颗恒星，而太阳只是其中中等大小的一颗。太阳已的年龄有五十亿岁，正处在它一生中的中年时期。作为太阳系的中心，地球上所有生物的生长都直接或间接地需要它所提供的光和热。太阳内核的温度高达摄氏一千五百万度，在那儿发生着氢-氦核聚变反应。核聚变反应每秒钟要消耗掉约五百万吨的物质，并转换成能量以光子的形式释放出来。这些光子从太阳中心到达太阳表面要花一百多万年。光子从太阳中心出发后先要经过辐射带，沿途在与原子微粒的碰撞丢失能量。随后要经过对流带，光子的能量被炽热的气体吸收，气体在对流中向表面传递能量。到达对流带边缘后，光子已经冷却到五千五百摄氏度了。我们所能直接看到的是位于太阳表面的光球层。光球层比较活跃，温度约为摄氏六千多度，属于比较“凉爽”部分。光球层上有一个个起伏的对流单元“米粒”。每个米粒的直径在一千六百公里左右，它们是一个个从太阳内部升上来的热气流的顶问。就是在不断的对流活动中，太阳每秒钟向宇宙空间释放着相当于一千亿个百万吨级核弹的能量。

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