太陽系

太陽系

行星數(shù)目：8

巖質(zhì)行星：水星、金星、地球、火星

氣態(tài)巨行星：木星、土星、天王星、海王星

矮行星數(shù)目：5或更多

衛(wèi)星數(shù)目：169

太陽與海王星軌道的距離：30AU

太陽與奧爾特云邊緣的距離：約100，000AU

中國有句諺語："千里之行，始于足下。”這句話非常貼切，我們的宇宙之旅也應(yīng)該從我們的后院——太陽系開始。

太陽系的一切源于45億年前宇宙中的一團(tuán)巨大星云。而今天，我們看到的則是一些行星繞著一個再普通不過的恒星周而復(fù)始地運行。那么，這個巨大的星云是如何變成今天這個樣子的？仔細(xì)觀察我們熟悉的太陽系，這些問題的線索就在天體的運行規(guī)律中：行星的軌道幾乎在一個平面上，所有行星的運行方向相同，距離太陽較近的行星都是質(zhì)量較小的巖質(zhì)行星，而距離太陽較遠(yuǎn)的行星都是氣態(tài)巨行星。從18世紀(jì)開始，科學(xué)家們就開始致力于解釋這些規(guī)律，其中貢獻(xiàn)最大的就是法國物理學(xué)家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯。

據(jù)拉普拉斯推測，重力會使一個星云產(chǎn)生一些和早期的太陽系類似的現(xiàn)象。在夜空中，這些像碎云一樣的亮斑隨處可見，我們很容易通過望遠(yuǎn)鏡觀測到。拉普拉斯提出了這些星云產(chǎn)生一個像太陽系一樣的行星系統(tǒng)的過程，被稱為“星云假說”。

要理解太陽系的形成，我們先來看看產(chǎn)生它的那團(tuán)星云。和其他星云一樣，早期的太陽系是由大爆炸不久后產(chǎn)生的元素——氫和氦，以及少量由大質(zhì)量恒星合成的元素組成?，F(xiàn)代天文學(xué)認(rèn)為，超新星爆發(fā)時，附近的星云就會因為受到擠壓而產(chǎn)生一些物質(zhì)更為集中的區(qū)域。這些物質(zhì)集中的區(qū)域由于具有更大的引力，使得附近的物質(zhì)向中心聚集。

最終，長達(dá)數(shù)十光年的星云開始破裂，其中的一小團(tuán)星云最終形成了我們的太陽系，它被稱作“原太陽星云”。

冰與火

在原太陽星云形成之后，引力作用會影響整個恒星系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部繼續(xù)坍縮的時候，會發(fā)生兩件重要的事情：其一，星云中大部分物質(zhì)會向中心聚集，最終形成一顆叫作太陽的恒星;其二，當(dāng)物質(zhì)向中心集中的時候，其轉(zhuǎn)速也將加快，就像滑冰運動員收起手臂的時候，轉(zhuǎn)速會加快一樣。

在這種情況下，系統(tǒng)內(nèi)部各種力的作用——引力、壓力、離心力甚至磁場作用力都在發(fā)生變化。這種變化使得沒有被吸入初生太陽的物質(zhì)變得扁平，并開始圍繞太陽旋轉(zhuǎn)。當(dāng)整個系統(tǒng)最終形成圓盤的時候，太陽系的雛形便誕生了。

之后，太陽的溫度開始升高。在火星和木星軌道之間，其溫度高到揮發(fā)性物質(zhì)如水、甲烷等無法以固態(tài)形式存在。在這個區(qū)域以外，這些揮發(fā)性物質(zhì)以固態(tài)形式存在，科學(xué)家們稱兩個區(qū)域的分界線為“雪線”。所以，距離太陽較近的行星被稱為“類地行星”，而距離太陽較遠(yuǎn)的行星被稱為“類木行星”。

我們將目光投向類地行星。由于引力和能量的共同作用，內(nèi)太陽系（太陽系中，太陽和小行星帶之間的區(qū)域）的揮發(fā)性物質(zhì)幾乎全部逸散，行星由鐵、鎳、硅酸鹽石等高熔點物質(zhì)組成。當(dāng)這些物質(zhì)圍繞太陽運行的時候，它們相互碰撞、擠壓，逐漸形成了從石頭到山脈大小的巖石，被稱為“星子”。這些星子最終聚集在一起，形成了行星。

直至20世紀(jì)90年代，人們普遍認(rèn)為行星自形成以來就與現(xiàn)在的軌道和狀態(tài)相差無幾。然而，計算機(jī)模擬的結(jié)果告訴我們這個模型的偏差，其結(jié)果令人驚訝。計算結(jié)果表明，內(nèi)太陽系有數(shù)十個月球大小的星體“胚胎”環(huán)繞太陽。就像一場不可思議的臺球比賽一樣，星體的“胚胎”互相撞擊、融合，有的發(fā)生碎裂，有的小塊脫離太陽系。

這場內(nèi)太陽系的“臺球比賽”結(jié)束之后，內(nèi)太陽系僅剩四顆行星——水星、金星、地球和火星，就像我們現(xiàn)在看到的那樣。

巨行星

與此同時，“雪線”以外是另一片景象。與類地行星相比，外太陽系的星子生長得更快。巨大的質(zhì)量使得行星吸引周圍更多的氫和氦。這些行星成了所謂的氣態(tài)巨行星，特別是木星和土星，它們是太陽系內(nèi)最大的兩個行星。而形成時間更晚的天王星和海王星體積較小，與木星、土星擁有的化學(xué)組分不同，在它們各自的軌道上運行，靠引力維持著各自的形狀。

此外，我們的模型告訴我們，木星是在現(xiàn)在的小行星帶的外緣形成的。木星、土星和行星盤中剩余物質(zhì)之間的一系列復(fù)雜的引力相互作用，使天文學(xué)家稱之為“大遷徙”的事件發(fā)生。

大遷徙開始于木星向內(nèi)遷移到現(xiàn)在的地球軌道和火星軌道之間。在遷移過程中，新生的行星開始向行星盤上拋射物質(zhì)，將一部分物質(zhì)拋出太陽系，一部分物質(zhì)推入太陽。木星和土星（軌道向內(nèi)移動）之間的引力使得巨行星遷移方向發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，并最終向外移動到了今天的位置。

這次遷徙導(dǎo)致的另一個結(jié)果是，海王星的軌道被推向外側(cè)，像保齡球一樣沖進(jìn)了原行星盤的殘余部分。那時，行星盤只延伸到現(xiàn)在天王星的軌道上，而當(dāng)行星遷徙結(jié)束后，這些星子被清理到了現(xiàn)在的冥王星軌道之外。

大遷徙能夠解釋內(nèi)太陽系的幾個特征。比如說，為什么火星的質(zhì)量比地球和金星小得多？因為巨行星從火星軌道附近取走了非常多的物質(zhì)。這也可以證明為什么現(xiàn)在小行星帶上的物質(zhì)如此少。

這些物質(zhì)遷徙的結(jié)果是在數(shù)億年的時間內(nèi)，內(nèi)太陽系的每一個天體都曾經(jīng)遭受過嚴(yán)重的撞擊?？茖W(xué)家們將其稱為“晚期重轟擊”。時至今日，我們還可以在沒有大氣的水星和月球上面看到撞擊的痕跡。

無論如何，在過去的數(shù)十年中，天文學(xué)家逐漸弄清了早期太陽系并不是像拉普拉斯想象的那樣平靜地逐漸坍縮。但一旦內(nèi)部激烈的碰撞結(jié)束，太陽系就成了一個井然有序，可以預(yù)測其走向的地方，這也是我們開始邁出宇宙旅行的第一步。

火星

與太陽的平均距離：227，900，000千米

近日點：206，620，000千米

遠(yuǎn)日點：249，230，000千米

公轉(zhuǎn)周期：687日

平均公轉(zhuǎn)速度：24.1千米/秒

平均溫度：-65Oc

自轉(zhuǎn)周期：24.6小時

赤道直徑：6，972千米

已知天然衛(wèi)星：2顆

最大衛(wèi)星：火衛(wèi)一、火衛(wèi)二

帶內(nèi)行星

質(zhì)量較小的巖質(zhì)行星組成了內(nèi)太陽系。這些行星都有此生大氣（在這些行星形成之后產(chǎn)生），但是水星上幾乎檢測不到。在水星和月球上都有早期撞擊產(chǎn)生的隕石坑，而地球和金星上早期活動的痕跡已經(jīng)被氣候、火山和板塊運動磨平了。

地球

與太陽的平均距離：149，600，000千米

近日點：147，090，000千米

遠(yuǎn)日點：152，100，000千米

公轉(zhuǎn)周期：365.26日

平均公轉(zhuǎn)速度：29.8千米/秒

平均溫度：15OC

自轉(zhuǎn)周期：23.9小時

赤道直徑：12，756千米

已知天然衛(wèi)星：1顆

最大衛(wèi)星：月球

（本欄目內(nèi)容選自《太空全書》（第2版），由北京紫圖圖書有限公司出品）