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星云假说:太阳系为何是扁的不是圆的,是谁在设计太阳系?

2023-08-30 09:48:37 来源:说宇宙

你有没有疑惑过这样一个问题: 为什么周围的空间那么大,太阳系中所有的行星却都在一个平面中运行,而没有随机排列变成一个球体?


【资料图】

这个问题的答案其实很简单, 这些天体从形成开始就处于一个平面中 ,而当所有天体都“长大成人”,它们的位置早就固定, 被太阳的引力束缚,也被周围的天体带来的引力影响 稳定在如今的轨道上。

很显然,包括天文学家在内,所有现在在地球上生活的人类还没有能力回到整个太阳系形成之前,亲眼观测到太阳系是如何形成的。不过宇宙中除了太阳系, 还有很多新的,甚至正在孕育的星团 , 天文学家可以通过观察它们,来反推我们生活的太阳系是如何形成的 。

星云假说

根据已知的数据,天文学家推理出一个合理的学说——星云假说。 这也是天体演化学中,用以解释包括太阳系在内绝大多数恒星星系形成与演化的,最被学术界广泛接受的模型。

位于人马座的一个巨大恒星形成区的尘埃云

星云假说的提出非常早,提出这个学说的人也会出乎大家的意料。1755年, 启蒙时代德意志的著名古典哲学家康德 ,在自己的 《自然史和天空理论》 中提出, 恒星与行星的形成都得益于气体星云缓慢地旋转,以及它们由于重力逐渐崩溃和合并 。

康德

当然,康德的理论受到当时观测水平、物理学知识等原因的限制,并不是最成熟的星云假说,但至少给后人提供了一个方向。

现在被广泛接受的模型是 太阳星云盘模型 ,提出它的天文学家是来自前苏联的维克托 萨弗罗诺夫。

年轻恒星的岩屑盘

从最初提出星云形成天体的可能,到目前为止, 包括银河系已经发现的系外行星在内 ,也都在应用这个理论。

一团云是如何“生”出如此多的天体的呢?我们就以太阳系为例,看看这一切都是如何发生的。

恒星的诞生

首先是我们太阳系的“老大哥”,太阳。像它这样的恒星,天文学家认为是在 巨云内部的冷分子氢(大约有30万个太阳质量)以及直径20秒差距大的巨分子云中形成的 。

这一大团面积又大、质量也相当可观的巨分子云,将在相当长的时间中 逐渐塌缩 。大一些的恒星,它们的原恒星云或许需要 数百万年 才能形成,但像太阳这样 中等质量的恒星 ,原恒星云的形成只需要 十万年左右 。

新生恒星HH46/47分子流红外影像

每个原恒星星云在开始时都有一定量的 角动量 ,经历了快速压缩的, 靠近中间的星云将形成一个核心,这就是恒星的“种子” 。

接下来,这颗核心将 持续吸积原恒星云中的物质 ,质量不断增长,最后变成了一颗炙热又年轻的 原恒星 。

恒星演化

随着吸积的继续,本来将核心覆盖住的 外壳 也被 全部吸收 ,而质量的逐渐增加,使得核心的“发动机”正式点火, 核聚变反应正式开始 。之后,这颗新生的恒星将 经历上亿年的演化 ,才能变成像太阳一样的普通恒星。

行星的演化

行星的形成也是来自一片 原行星云 。天文学家从一些年轻的星团里观测到 有很多新生的恒星都被原行星盘环绕 ,也就是说,这些将来会诞生出行星的物质, 早在恒星形成时就已经存在了 。

猎户星云的原行星盘

天文学家认为,一开始的原行星云同样质量很大且十分热,只是它 在恒星形成时需要喂养恒星的吸积盘 ,当恒星形成后,这些星云中的物质将会像“滚雪球”一样,逐渐吸积形成一颗颗围绕恒星运动的行星。

行星形成过程概念图

一般来说, 过大的行星不会距离恒星太远 ,这是因为距离中心越远,可供吸积的物质就越少。不过,剩下的物质为什么没有形成第二颗恒星,而是形成许多行星了呢?天文学家有这几种推测: 盘内引力不稳定、盘内冲流不稳定 等。

结语

南鱼座最亮的恒星周围的尘埃盘

虽然目前星云假说依然只是一种假说,但是通过观测宇宙中其他年轻的星团,相信在未来,星云假说的剩余问题也将被解开, 届时,我不用时光机,就可以知道天上的星星究竟是如何形成的了 。

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