第五集:太陽系
太陽系(圖8、圖9),是銀河系中數千億顆恒星中的一員。八大行星圍繞太陽旋轉,軌道幾乎在一個平面上。科學家通過凱克望遠鏡在眾多星系中尋找到360多個類太陽系,這些恒星周圍也有行星旋轉,只是數量不同而已。通過觀察,發現這些行星繞行軌道混亂,有的離恒星較近速度極快,有的行星比木星還大幾倍,有的行星飛向太空,又迅速返回。目前尚未找到與太陽系相同的恒星。
太陽系有8大行星,它是如何形成的?這個問題很有趣。事實上太陽系的形成與其他恒星形成有許多類似的地方。最初是大量星云凝聚在一起,由于引力使星云聚合,由小變大并旋轉,在吸附周圍物質過程中體積越變越大,最后引力將中心的氫原子點燃,發生聚變發光,一顆恒星就這樣誕生了。
行星又是怎么演變的?一直困擾眾多天文學家。直至前幾年美國發射的天空飛船上,一位叫唐·佩利特的科學家在空間站做試驗,他將糖、鹽粉末放在充氣的透明塑料袋,觀察這些粉末在失重狀態下反映,是不是四處懸浮飄散,令科學家驚奇的是,糖、鹽粉末并未懸浮飄散,而是相互聚合,有成團的趨勢。這一發現揭示了行星為什么在太陽周圍形成行星的奧秘(圖10)。
太陽形成后,她的周圍仍然存在大量宇宙塵埃,各種元素粒子,這些粒子相互聚合形成巖石,由石子到石塊,再到大的固態物體,這些億萬個物體相互碰撞,形成更大的形狀不同天體。當這些天體直徑小于800公里時,它們的形狀是有棱有角的多面體,當直徑超過800公里以上時,隨著吸附的物質越來越多,在自轉和公轉和引力作用下,天體由多面體逐漸變成球形天體,成為太陽眾多行星的一個。
這個過程大約持續了5億年之久。當年太陽周圍仍然有100多個比較大的小行星,這些行星形成八大行星前,經歷了無數次的碰撞,那場面非常驚險慘烈(圖11)。一個行星撞上水星發生爆炸,將水星外殼撞成無數的形狀不等的碎片拋向太空;地球也未能幸免,有一顆比地球小的行星撞上地球,因為撞擊的角度不正不斜,恰到好處地撞在45角的地方,將地球的部分外殼撞破,但地球仍然存在,地殼和行星碎片飛向太空,若干年后這些碎片在引力作用下聚合成今天的月球;行星之間這種撞擊時常發生,在太陽系是司空見慣的天體現象。
太陽系八大行星,分為兩大類:巖態行星,水星、金星、地球和火星;氣態行星:木星(圖12)、土星(圖13、14、15)、天王星和海王星。原來的九大行星冥王星本身不具備行星的條件,質量小,是柯伊伯帶的一顆比較大的天體,它的軌道不太規矩,因此被除名。
太陽系內的幾個行星(水星、金星、地球、火星)都是巖態行星,為什么它們靠近太陽先形成呢?天文學家經研究認為,巖態行星經受得住太陽熱量炙烤,所以先形成。氣態行星距太陽距離遠,接收太陽熱量較少,所以在距太陽較遠的地方形成。
天王星、海王星體積比較小,由冰塊、塵埃和氣體混合而成,它們為什么遠離太陽而在土星外的軌道運用呢?這是非常難以理解的問題,經過分析,原來是木星、土星體積過于大,其引力也非常強大,尤其是土星、木星在太陽同側相近運行時,其引力疊加,天王星、海王星被土星、木星的強大引力連推帶拽,將其推出近日軌道到土星外軌道運行,而且還有個奇怪現象,天王星、海王星的軌道有時在土星外側互相交換,天王星有時在里面,有時又跑到海王星外面,過段時間又恢復正常,追根尋源都是木星、土星引力共振惡作劇。
也有一種理論,認為氣態行星在外層空間先形成,后來鬼使神差運行到太陽系,被太陽引力俘獲,所以成為今天這個樣子。
在分析太陽光譜時發現其表面有鋰元素,由此科學家推斷,在若干萬年前,很可能在行星形成那段時間,有一個巖態行星沖進太陽懷抱,這個巖態行星正好有大量鋰元素,在高溫下有鋰元素燃燒所至。后來太陽系內的行星碰撞逐漸平靜下來,每個行星都有比較正規的繞行軌道。地球繞太陽1周為1年,每小時10.6萬公里;水星繞太陽1周29天;土星29年,海天星164年。海王星外是大小碎石組成的柯伊帕帶,這里距太陽有50億公里,光線很暗,溫度很低。再向外邊延伸叫奧爾特云,這里幾乎看不到太陽光,距離太陽有1光年的路程,可見非常之遙遠。
雖然太陽系八大行星都比較穩定,但也不是沒有危險降臨。據考證,6500萬年前有顆小行星撞上地球,使地球70%的生物滅絕,如果此類災變經常發生,地球就不會有生命存在。幸運的是地球外圍有厐大的土星、木星,特別是木星保護,使地球免于受天外小行星撞擊,木星在客觀上成為地球的保鏢。1993年的蘇梅利克彗星撞擊木星,就是這種保護的實例演示,如果沒有木星保護,蘇梅利克彗星很可能與地球發生撞擊,真要如此地球末日真的來臨了。地球距太陽不遠不近,遠處有木星,近處有月球保護,又有不多不少的水,所以地球是顆幸運行星。
銀河系里有形形色色的太陽系。科學家觀測到距地球20光年的太空中有一個類太陽系,而整個宇宙中觀測到的有420個行星,經過分析多數是像木星那樣的氣態行星,而且距恒星較近,要不就是距恒星太遠,尚未發現一個是巖態行星。有個名叫葛利斯581的行星,是地球的2倍大,距恒星遠近適中,但距離我們很遙遠,無法預知這顆行星上是否有水和生命存在。其他行星大氣有的是甲烷,有的是氮氣,沒有一個與地球的條件相同。
太陽系跟其他恒星一樣,有誕生、成長,必然也會走向毀滅。據推算,50億年后太陽內的氫、氦燃料將耗盡,高溫使太陽體積膨脹變成紅巨星,太陽內核蛻變成一顆白矮星,形狀有地球大小(圖16)。內太陽系的巖態行星,如火星仍然繞白矮星運行,也發光,引力極大,但每時刻給行星的能量大大減少,太陽系內將變暗。也許由于太陽質量的縮小,引力不足控制尚存的幾顆行星,出現軌道錯亂,也許會發生火星撞地球、撞木星的壯觀場面,無論是不是發生行星再次碰撞,太陽系的毀滅是自然規律,無法逃避。
太陽(恒星)形成初期,周圍有一團濃厚的物質云團包圍著
太陽系的行星猶如這些糖、鹽碎末,在真空條件下互相吸引,逐漸形成行星

太陽系形成中期,周圍有百多個行星,經過無數次碰撞劣散合成,最后形成八大行星

行星之間的碰撞慘烈狀態示意圖
地球在形成之前不斷吸收周圍的大小碎塊

木星這個氣態行星也曾不斷吸收周圍物質
木星周圍濃厚的大氣
美麗的土星環,它是由億萬顆冰晶、碎石形成的
太陽的結局--變成一顆形如地球般大小的白矮星

比太陽質量大幾倍的恒星,最后的結局--變成一顆脈沖中子星
比太陽質量大百倍的恒星消亡,最后變成一顆磁性中子星
比太陽質量大千百倍的恒星消亡將在內部形成各種重元素,最后核心處變成一個黑洞并越長越大
各種物質元素在特定條件下形成并在爆炸的瞬間向四處擴散
黑洞吸入周圍的一切物質,包括光線
黑洞吸收的物質飽和后從兩極向外噴射高能粒子流(類星體)又稱r射線暴

r射線暴