漫话太阳系（3）
胡经国
（续前）
四、太阳系形成与演化
1、太阳系的形成
关于太阳系的形成有多种学说。其中之一的“星云假说”先后于1755年和1796年由康德和拉普拉斯各自独立提出。
康德认为，太阳系是在46亿年前，由一个巨大的星云——分子云在塌缩中形成的。这个星云原本有数光年的大小，并且同时诞生了数颗恒星。从古老陨石追溯到（发现）的元素显示，只有在超新星爆炸之后的其核心部分才能产生这些元素，所以包含太阳的星云必然在超新星残骸的附近。可能是来自超新星爆炸的震波使邻近太阳附近的星云密度增高，使得重力得以克服内部气体的膨胀压力而发生塌缩，从而触发（导致）了太阳的诞生。
随着现代天体物理学和物理学的发展，特别是恒星演化理论的建立，产生了“现代星云说”，并且逐渐占据了主导地位。现代星云假说根据观测资料和理论计算提出的主要观点是：“太阳系原始星云”是由“巨大的星际云”瓦解而形成的一个“分子云”；它一开始就在自转，并且在自身引力作用下发生收缩；从而由其中心部分形成太阳，由其外部演化成星云盘，以后由星云盘形成行星。
下图为太阳系形成示意图（图源：网络）。
将形成太阳系之前的这个区域，被称为“前太阳星云”。当其坍缩时，由于角动量守恒，因而使它转动得越来越快。其中心集中了大部分的质量，成为比周围环绕的盘面越来越热的区域。收缩的星云越转越快，它开始变得扁平，成为“原行星盘”，其直径大约为200天文单位；在其中心是高温、高密度的“原恒星”。行星经由“原行星盘”中的“吸积”而形成；在尘埃和气体的引力相互吸引下，逐渐凝聚形成越来越大的天体。
2、太阳系演化
在太阳系形成的早期可能有数以百计的“原行星”，但是其中大多数合并或被摧毁掉了，留下了行星、矮行星以及由残余物构成的小天体。硅酸盐和金属的熔点很高，只有它们能在内太阳系的温度下保持固体形态，这些物质最终组成了“岩态（岩质）行星”，它们分别是水星、金星、地球和火星。由于金属成分在“原始太阳星云”中只占据了一小部分，因而“类地行星”都没有发展得十分庞大。“冻结线”在火星与木星之间的位置；“巨行星”（木星、土星、天王星和海王星）形成于冻结线的外侧；这里的温度很低，挥发物质能以固态形式存在。由于这一区域的冰比组成类地行星的金属和硅酸盐更多，因而该区域的行星发育得十分庞大，可以捕获大量的氢和氦——它们是太阳系中含量最丰富的元素。在太阳系中余下的那些不可能组成行星的物质聚集在小行星带、柯伊伯带和奥尔特云区域。
在最初的5000万年内，在“原恒星”中心处，氢的密度和压力都大得足以发生热核反应。在热核反应过程中，氢的温度、反应速率、压力和密度都一直在增加，直到流体的热压力与引力相抵消，达到静力平衡状态。到此，太阳成了一颗“主序星”。太阳演化的“主序星阶段”从开始到结束约有100亿年；而其它的所有演化阶段，包括“残骸生命期”等，总共只有20亿年。从太阳出发的太阳风形成了“日球层”，并且将残余的气体和尘埃从原行星盘吹入星际空间，阻碍了行星的发育。此后，太阳越来越亮；主序星早期的亮度只有如今的70%。
根据天文学家的推测，太阳系会维持直到太阳离开主序星阶段。由于太阳是利用其内部的氢作为燃料，并且能够利用剩余的燃料，因而太阳会变得越来越热，于是氢燃烧的速度也越来越快。这就导致太阳不断变亮，变亮速度大约为每11亿年增亮10%。再过大约16亿年，太阳的内核将会热得足以使外层氢发生融合，这会导致太阳膨胀到半径的260倍，变为一个“红巨星”。此时，由于体积与表面积的扩大，太阳的总光度增加，但是表面温度下降，单位面积的光度变暗。随后，太阳的外层被逐渐抛离，最后裸露出核心成为一颗“白矮星”；这时太阳只有地球的大小却拥有原来太阳一半的质量。再过去大约几十万亿年之后，太阳有可能会形成一个“黑矮星”。
“现代星云说”还存在不同的学派。这些学派之间还存在着许多差别，有待进一步研究和证实。
（未完待续）
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