题目

太阳系内的行星是如何出现的?

提问时间：2020-12-25

答案

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麼外力的话,这些星际尘云就如天上的云朵,在太空中天长地久的飘著.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”.也有一些其他的外力,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於摄氏一千万度左右.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.
剩余物质围绕着原始太阳,形成扁平旋转的圆盘.在引力的作用下,逐渐形成不同轨道上的行星.物质变成扁平形状的事实解释了为什么行星的轨道倾角如此地接近.相对于地球轨道,水星的倾角仅为7度,而所有其他大行星的倾角均小于4度.这也解释了为什么行星在轨道上以和地球相同的方向运转.如果从太阳极区的上面看去,所有行星在以同一方向绕转.
甚至小行星以及柯伊伯带成员（新近发现的位于太阳系外侧深处的小天体群）也遵循大部分规则.没有小行星或者柯伊伯带天体在“错误”的方向上绕行.而最早发现的100颗小行星中仅有4颗的轨道倾角大于20度.彗星则不同,它们质量很低,易受行星摄动的影响,所以其轨道偏心率和倾角的变化范围很大.而包括哈雷彗星在内的长周期彗星是逆行的,即它们的绕行方向与行星相反,就像在交通环路上逆行的一辆汽车.
研究人员已经建立了复杂的模型,来说明观测到的围绕年轻恒星的圆盘是如何形成太阳系的.在离主星较近的地方,氢和其他较轻的气体被恒星风吹走,形成较小、岩质的行星.在太阳系,这类行星包括水星、金星、地球和火星,以及稍远一点的位于火星和木星轨道之间的小行星带.这里由于木星引力牵引的破坏作用,无法形成大的行星.
再远一点的情况则有所不同.较轻的气体没有被驱逐开,一旦有一个行星核形成,它就会收集这些气体成为巨大的大气层,从而变成一颗巨型的气态行星.在我们太阳系中木星和土星无疑是最好的例子.这些巨行星的视表面实际上就是它们大气层的顶端.这也适用于小些的大行星天王星和海王星.
再向外,我们来到了被小得多的天体占据的区域,这里物质较为稀少,因此此处形成的天体的大小无法达到能够吸住明显大气的临界质量.在太阳系的边缘有柯伊伯带,冥王星是其中最有名的成员,尽管它的直径2320千米比月球还小.除冥王星之外的第一个柯伊伯带天体是在1992年发现的,目前已经知道有数百个.现在冥王星被认为是这类天体中最大的一个,而非真正的大行星.离太阳更远的地方也有零星的环绕太阳的天体.在这片昏暗的地方,至少有两个天体 Quaoar和Sedna的大小与冥王星相当.