太阳系的起源？
（清风科普于2021年06月24日）
知道了太阳方方面面特征，就等于认识了银河系数千亿颗恒星的基本特征；知道了银河系形形色色属性，就等于认识了数万亿个河外星系的基本属性。
所以我们要认识恒星方方面面，必须从太阳系做为突破口是最明智的选择。而且通过探讨太阳系的起源，附带牵引出地球的起源和生命的起源，意义就更加重大了！
[ 康德-拉普拉斯星云学说，无疑对 “上帝第一推动力” 是一个沉重的打击，也为天文学的发展建立了不朽的功勋。]
01. 康德-拉普拉斯星云学说：
最早提出太阳系起源，是1755年康德的 “星云假说”。他认为：初始宇宙空间充满密度极低的星际气体和尘埃物质，在自身引力作用下，星际物质逐渐聚集成许多大型星云，在星云内诞生恒星。原始星云，其中央部分收缩形成太阳，外围部分收缩形成行星和卫星。
虽然康德星云假说比拉普拉斯星云学说提早了41年问世，但当时康德的观点是以匿名形式发表的，而且仅仅只印刷了几十本小册子，没有多少人知情，影响力极为有限。
而且康德的星云假说，哲理替代科学，理论替代实践，推测替代计算，难以令人信服。直到拉普拉斯用数学和力学定律，把星云假说提升为星云学说，才名声大噪，风靡一时，取得了空前的成功！
康德-拉普拉斯星云说的意义：虽然牛顿发现了万有引力定律，很好地解释了太阳与众行星之间的运动规律，但他把天体的运动看作是上帝推动的结果，称之为“第一推动力”。康德-拉普拉斯星云说，用自然界本身演化的规律性，来阐明太阳和行星运动规律，无疑对 “上帝第一推动力” 是一个沉重的打击，也为天文学的发展建立了不朽的功勋。
康德-拉普拉斯星云说要点：太阳系起源于原始太阳星云。刚开始原始星云发生缓慢自转，在自身引力作用下坍缩，绝大部分物质集中于中心区域形成太阳。随后原始星云自转加快加速，周围物质向外抛射，渐渐形成扁平状星云盘。星云盘的星际物质互相碰撞聚集形成星子，再由星子滚雪球似的逐步结合变大成行星胎，最后由行星胎发育成长为行星和卫星。
[ 碳质球粒陨石化学成分分析：含有CH₄、CO₂、NH₃、HCN等超新星爆炸后的原始信息。]
02. 近代天体物理学研究成果：
近代天体物理学发展，逐步搞清楚太阳系起源方方面面诸多问题：
（1）太阳系的年龄问题：根据对恒星形成和演化的研究推断，太阳大约在50亿年前，由星际云(气体尘埃云)瓦解后塌缩形成的。它经历了约4千万年的引力收缩阶段，其中包括几百万年的金牛座T型变星阶段，平均每年抛出10^-6至10^-8个太阳质量的带电粒子。
从地球和月球的古老岩石和陨石的同位素年代分析得知，地球和月球大约形成于46亿年前。所以也有力佐证了太阳系形成于50～46亿年前。
（2）太阳系稳定性问题：根据天体力学研究推断，大行星（如地球）轨迹在20亿年前与现在没有多大差别。但小天体(小行星、彗星、流星体)的轨道，则发生了较大的变化。
（3）小天体形成以来变质过程较少，保留了较多的原始信息。根据对陨石的分析已经可以看出小天体的演变史，它们形成时的温度为400～500K，形成的时间为几百万到几千万年。
（4）碳质球粒陨石的化学元素之丰度与太阳大气相近似。一般认为木星的化学组成与太阳大致相同，原始星云的化学组成最初较均衡，后来才发生化学分馏，导致各行星之间化学组成极大差异。
（5）月球、水星和火星上的大多数凹坑，是39亿年前陨星撞击形成的。一般认为星云盘内的固体颗粒（尘粒和冰粒）先沉降到赤道面，形成尘层。随着密度的增加，便在尘层内形成星子。
（6）一般认为行星系统的起源与太阳早期演化有关，太阳磁场通过磁耦合机制和沙兹曼机制使太阳角动量转移，造成太阳系角动量的特殊分布。
（7）一般认为对太阳系起源的研究不仅要考虑动力学过程，而且要考虑原子过程、化学过程、电磁过程和等离子体过程，应当综合大量有关资料，并和有关学科结合，才能解决太阳系起源问题，不象康德-拉普拉斯星云说那么简单浅显。
[太阳系的演化：原始星云→原始星云盘→星子和行星胎→太阳-行星系。]
03. 太阳系起源的经典传统说法：
要产生一颗太阳大小的恒星，需要一团直径数光年的球状尘埃和气体云。在恒星的形成过程中，很多物质都消失了，并没有进入形成恒星。尘埃云可能会稳定几十亿年，在这段时间里，使它们聚集在一起的重力，被分子的布朗运动所抵消。随着温度下降，引力大于热运动，云团开始了引力坍缩。
（1）气体云的引力塌缩：
当气体云在重力作用下开始收缩时，气体和尘埃会向质量中心下落，随着重力势能转化为动能，塌缩速度加快。尘埃微粒发生剧烈的碰撞，气体云被加热，云团开始以红外线辐射的形式失去能量，但大多数能量仍然星云外层捕获。
最终，收缩云的核心变得白热化，但我们不能直接观察到它，因为较冷的外层吸收绝大部分的辐射。但红外辐射不太容易被吸收，所以我们平时观察到的大星云，其实是一个红外辐射源。
（2）原恒星诞生：
从坍缩开始，核心质量达到原恒星的阶段需要大约100万年。它的核心比原恒星要大好几倍，核心会产生粒子喷流。粒子喷流会带走周围部分尘埃和气体，将来形成行星和卫星。
热核是一颗前主序星。它通过缓慢的引力收缩继续获得能量。核内物质是等离子体，所有的氢原子都失去了电子。
（3）突变成真正的恒星：
再过5千万年后，星核达到足够高的密度和温度（大约1000万K），由白炽化热辐射突变成 “核聚变”。4个氢原子核（H），融合成1个氦原子核（He），其中包含2个质子 2个中子。当核心变成核聚变反应堆时，氢燃烧释放出大量的能量，蔓延整个核心核聚变，原恒星终于变成了真正的恒星！
（4）恒星核聚变与引力坍缩的抗衡：
当粒子核聚变的动能足够大，足以抗衡恒星重力坍缩，则恒星发光发热将进入超强稳定状态。例如太阳发光发热可以维持100亿年之久。
[ 宇宙奇观：超新星大爆炸，其亮度比太阳亮度提高了数亿倍。]
04. 太阳系起源于超新星大爆炸：
（1）宇宙大爆炸产生第一代恒星：
宇宙大爆炸发生于138.2亿年前，爆炸后30万年才产生了氢原子。由于氢原子组成的高密度星云，因宇宙背景辐射的温度急骤下降，在自引力作用下聚集成超大质量原恒星，相当于太阳质量的20～60倍。银河系和河外星系也在这时候发育形成。第一代超大质量原恒星因引力坍缩发生核聚变，把4个氢原子（H）合成1个氦原子（He）。
[供参考] 以太阳质量⊙为单位 ，
计算出恒星寿命（年）依次为：
0.1⊙，1000亿； 0.5⊙，500亿；
1⊙，100亿； 2⊙，60亿 ；
5⊙，30亿；10⊙，10亿；
20⊙，5亿； 60⊙，7000万；
100⊙，400万； 120⊙，270万。
（2）第一次超新星爆炸产生第二代恒星：
由于第一代原恒星，质量相当于20～60个太阳质量，所以核燃烧异常剧烈，其寿命也极短，大约仅仅维持了数千万年或数亿年时间，便发生猛烈地超新星大爆炸。通过大爆炸，使3个氦原子（He）合成1个碳原子（C）。同时完全碳氮氧（CNO）循环合成过程，为将来地球和生命的起源创造了先决条件。
超新星大爆炸释放出来的能量约为10^47～10^52尔格，相当于1秒钟内爆炸了1018颗百万吨级的氢弹；其亮度增加千万倍，比太阳亮度提高了数亿倍。超新星爆炸的碎片、气浪和尘埃，经历了1亿多年时间的演化，产生了第二代恒星。第二代恒星质量相当于2～3个太阳质量，其寿命约为60亿年。
（3）第二次超新星大爆炸产生了第三代恒星：
宇宙大爆炸发生于138.2亿年前，第二次超新星大爆炸发生于87亿年前。超新星质量大约为2～3个太阳质量。大爆炸很可能发生在银河中心与旋臂的交界处，爆炸后星核可能生成一个小黑洞，至今仍然保留在银河中心某个角落。但大爆炸的碎片、气浪和尘埃所构成的星云团，直径大约有数光年，又因银河中心的角动力场效应，被远远地甩出银河中心，落脚于旋臂距离银心2.6万光年的地方，最终演化成今天的太阳系。
所以我们发现太阳真正形成的时间只有50亿年，而地球和月球形成的时间只有46亿年。它们都是第二次超新星大爆炸后的产物。太阳的诞生从辈份来理解，应该属于第三代恒星了。而且地球和太阳的辈份相当，不是上下代从属关系。
第二次超新大爆炸意义重大，它不仅为地球进一步合成了重金属元素（如金铂铜铁铅等），还为地球更进一步合成了超重放射性元素（如镭铀镓钋等）。
05. 地球等行星的起源：
初始没有坍缩的太阳系尘埃星云，体积非常庞大，直径可达数光年。外缘比内缘移动得快，所以星云绕轴旋转得非常缓慢，绕轴旋转会产生角动量，这是恒星星云盘自转的天性（即自然性）。
假设有个质点A，由碳氢氧氮（CHON）等原子、分子、气体和尘埃所吸积构成。质点A质量为M，距离太阳中心半径为R，以非常低的速度V，围绕太阳星云中心旋转，则A的角动量=MVR。
当星云不断收缩时，A的角动量是守恒的，也就是说MVR保持不变。A的质量M保持不变，但dR的半径缩小了，而dV速度加快了，结果是收缩的行星云盘绕日旋转得速度越来越快了。
质点A的重力G，为旋转物体提供向心力（F）；质点A的线速度V，为旋转物体提供离心力（-F）。①.当F>-F时，A会沿内卷式鹦鹉螺对数螺线运动轨迹，越旋越近，最终被原始太阳所吞噬。②.当F>-F时，A会沿开放式鹦鹉螺对数螺线运动轨迹，越旋越远，最终会逃逸太阳系。③.当F=-F时，A会沿闭合式椭圆形运动轨迹，环绕太阳周而复始地无限循环下去。
例如我们今天的地球与20亿年前的地球，在环绕太阳的椭圆形运动轨迹上看不出有多少变化？真可谓亘古不变！原始地球与原始太阳几乎同步起源的。地球也是由一团星云冷却凝聚而成。太阳起源于50亿年前，而地球起源于46亿年前。
06. 地球生命的起源：
地球的原始生命大约起源于32亿年前。
生命起源经历了四个阶段：
①从无机小分子形成有机小分子；
②从有机小分子发展成有机大分子；
③从有机大分子组成多分子体系；
④从多分子体系发展成原始生命。
第一阶段：米勒（Miller）于1953年最早模拟原始地球大气条件，把无机小分子物质人工合成有机小分子物质。米勒把CH₄、H₂0、C0₂、H₂、N₂和CO等混合气体的水溶液，人工制造电火花和紫外线辐射条件，相当于打雷闪电和太阳强电离辐射，在100℃高温条件下，经过七天七夜循环加热，形成了氨基酸、HCN和甲醛等有机小分子物质。
第二阶段：在太古海底热水系统的洋中脊排气通道附近，可以提供生命起源的基本条件。热水排气通道中的CH₄和NH₃能合成氨基酸和核苷酸。
第三阶段：原始海洋中的这些有机小分子物质，在原始地球条件下，经过长期积累、相互作用，在适当条件（如海洋粘土矿物的吸附与缩合或深海“烟囱”热泉作用）下发展成有机大分子物质，形成原始的蛋白质和核酸。这些蛋白质和核酸通过浓缩形成团聚体或类蛋白质微球体，在自我组织下，形成与水体相对隔离的多分子体系。
第四阶段：在多分子体系表面形成磷脂类原始界膜，原始界膜经历了漫长而复杂的地质年代进化，演变成具有生命意义的原始生物膜。
原始生物膜为ATP能量的供应和物质新陈代谢提供了条件，从而促成原始生命的诞生。原始海洋是氨基酸和核苷酸的营养汤。原始生命以吸收周围的营养素而生存，以发酵的方式从其他有机物质获得营养和能量。
这是一个划时代的转折点，这是一场革命性的重大突破。从此地球生命结束了漫长的化学进化历程，开始了加速度的生物进化历程。
07. 地球生物的进化：
①类病毒的非细胞结构→类细菌的细胞结构
②兰藻原核细胞生物→绿藻真核细胞生物
③衣藻单细胞生物→团藻多细胞生物
④海绵二胚层动物→水母三胚层动物
⑤水螅网状神经结构→线虫链状神经索
⑥蛔虫线形动物→蚯蚓环节动物
⑦蜈蚣多足动物→蝗虫节肢动物
⑧章鱼无脊椎动物→文昌鱼脊索动物
⑨小白鲨软骨鱼类→金枪鱼硬骨鱼类
⑩总鳍鱼肉质鳍爬行→娃娃鱼四肢爬行
⑩①两栖类水陆两栖→爬行类真正陆生
⑩②爬行类变温→鸟类恒温
⑩③爬行类卵生→哺乳类胎生
⑩④森林古猿→人类出现
08. 太阳的基本参数：
①半径R=696300km；
②质量M=1.989×10^30kg 。
③光度N=3.827 × 10^26 瓦特；
N= 3.827 × 10^33尔格/秒。
④表面温度T= 5780 K ；
⑤核心温度T= 8 ～16×10^6K 。
⑥平均密度=1.408 g/cm³
⑦年龄=50亿年 ⑧物质组成：氢72% 、氦26% 、其他元素2%。
⑨太阳质量占太阳系总质量99.86%。
⑩太阳体积是地球的130万倍。
⑩①地球到太阳的距离
=1天文单位 =1.5亿公里。
⑩②柯伊伯带距离太阳=30天文单位；
⑩③奥特尔云距离太阳最大半径为1光年；
⑩④距离太阳最近的恒星是4.2光年。
⑩⑤太阳环绕银河的轨道速度是217km/s；
⑩⑥太阳位于银河系2.6万光年的地方。
⑩⑦太阳系的银河年为2.25亿～2.5亿年，太阳已经绕行银河20～25个银河年。
⑩⑧内太阳系分布着岩石行星，有水星金星地球和火星。水星因靠太阳太近，导致水星无水。地球才是名符其实的水星。水是生命的摇篮，有水的地方，就有生命。火星缺水，没有生命迹象。
银河系里至少已经发现2千多颗行星，却没发现有1颗是水星？但从概率保守统计：银河系应该存在着至少3亿颗 “类地球的生命宜居性的水星”。只是人们大海捞针，还没捞到针而已，不至于太令人失望！
[ 卡西尼号探测器拍摄到 “土卫二” 高清图片]
太阳系里土卫二和木卫二都含有丰富的水资源。尤其是土卫二，美卡西尼号探测器发现冰壳的厚度估计在25～45公里之间。卡西尼号还观测到土卫二冰壳裂缝中存在着间歇喷泉，时不时地喷涌出十分壮观的水冰花。飞船甚至在其中一个喷射的羽流状水冰花中穿行飞过。那么在冰壳下面因受地热影响，是否存在着原始海洋？而海洋中是否存在着低级生命？至今仍是个谜！
⑩⑨外太阳系分布着气态行星，有土星木星天王星海王星。它们的大气成分中含有H₂、He₂、H₂O、CH₄、CO₂、CO、NH₃、HCN等气体。天王星海王星因极度寒冷，气体都凝冻成冰，所以空气极稀薄，大气层主要成分是氢、氦、甲烷等。木星大气层最浓密，厚度高达1千多公里，其中氢占75%，氦占25%，还有微量氨、水和甲烷等。木星表面也有汪洋大海，比地球壮观百倍。但那不是水，而是液态氢和液态氦。木星的物质成分最贴近于太阳的物质成分，说明二者起源完全相同。
[ 美朱诺号飞船第七次近距离拍摄下 “木星大红斑” 壮丽奇观，其宽度达到1.6万公里，可能已经存在了350年。]
