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太陽(yáng)星云
氣體云和塵埃云組成的星云
基本信息
| 中文名 | 太陽(yáng)星云 |
| 外文名 | Solar Nebula |
| 分類(lèi) | 星云 |
| 組成物質(zhì) | 氣體云和塵埃云 |
| 平均密度 | 10-20～10-8g/cm3 |
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名詞解釋
星云溫度只有幾十 K，密度 10～10g/cm，中心部位溫度較高。星云塌縮后光度和溫度急劇上升，在星云盤(pán)中心形成太陽(yáng)。其他距原始太陽(yáng)不同距離的物質(zhì)逐漸凝聚成不同化學(xué)成分的星子。在距太陽(yáng)不同區域星子吸積形成各大行星和衛星。
太陽(yáng)星云是讓地球所在的太陽(yáng)系形成的氣體云氣，這個(gè)星云假說(shuō)最早是在 1734 年由伊曼紐·斯威登堡提出的。在 1755 年，熟知斯威登堡工作的康德將理論做了更進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)，他認為在星云慢慢的旋轉下，由于引力的作用，云氣逐漸坍塌和漸漸變得扁平，最后形成恒星和行星。拉普拉斯在 1796 年也提出了相同的模型；這些可以被認為是早期的宇宙論。
太陽(yáng)星云
當初僅適用于我們自己太陽(yáng)系的形成理論，在我們的銀河系內發(fā)現了超過(guò) 200 個(gè)外太陽(yáng)系之后，理論學(xué)家認為這個(gè)理論應該將能適用整個(gè)宇宙中的星系形成。
形成來(lái)源
形成環(huán)境
太陽(yáng)星云
形成條件
太陽(yáng)星云照片
形成過(guò)程
初期的崩潰
云團初期的崩潰
中央不斷壓縮使它變?yōu)榱艘活w質(zhì)子星，原先的氣體則繞著(zhù)它公轉。大多數氣體逐漸向里移動(dòng)，又增加了中央原始星的質(zhì)量。也有一部分在自轉，離心力的存在使它們無(wú)法往當中靠攏，逐漸形成一個(gè)個(gè)繞著(zhù)中央星體公轉的“添加圓盤(pán)”并向外輻射能量慢慢冷卻。
第一個(gè)制動(dòng)點(diǎn)
氣體逐漸冷卻，使金屬、巖石和（離中央星體遠處）冰可以濃縮到微小粒子（比如氣體又變回成灰塵）。添加圓盤(pán)一形成，金屬便開(kāi)始凝結（對于某個(gè)流星的同位素測量，估計是在 45.5～45.6 億年前），巖石凝結得較晚（44～45.5 億年前）。
灰塵粒子互相碰撞，又形成了較大的粒子。這個(gè)過(guò)程不斷進(jìn)行，直到形成大圓石頭或是小行星。
快速生成
云團快速生成
第二個(gè)制動(dòng)點(diǎn)
星云冷卻 100 萬(wàn)年后，這顆星產(chǎn)生了強勁的太陽(yáng)風(fēng)，將星云中剩余的氣體全部吹散。如果質(zhì)子星夠大，它的重力將能吸進(jìn)星云中的氣體，變成氣態(tài)巨型星，反之，則成為一個(gè)巖石質(zhì)星體或冰質(zhì)星體。
演化過(guò)程
極端冷凝
盡管頑輝石球粒隕石形成于非常特殊的條件，但對該類(lèi)隕石的研究自 Keil（1968）的開(kāi)創(chuàng )性工作以來(lái)緩慢進(jìn)展，其中重要的因素是該類(lèi)隕石缺少一些關(guān)鍵的巖石類(lèi)型（如 EL3）、樣品少且極易風(fēng)化。該項目通過(guò)對我國清鎮隕石（EH3）和新發(fā)現的南極隕石MAC 88136（EL3）等系統對比研究，翻開(kāi)了頑輝石球粒隕石研究的新章節（Lauretta，2002，Meteorit Planet Sci，37，475～476）。通過(guò)該項研究，首次建立了極端還原條件下太陽(yáng)星云中金屬和各種硫化物的凝聚順序，從高溫到低溫依次為：隕磷鐵礦、隕硫鈣礦、隕硫鎂礦、金屬相、閃鋅礦－隕硫鐵銅鉀礦、各種鉻硫化物；提出硫化物的四種成因機制，包括星云的氣－固相凝聚、金屬相的硫化反應、固相出熔、礦物的分解等；提出星云凝聚早期存在高溫熔融事件的觀(guān)點(diǎn)和證據；提出 EH 較 EL 群形成于更加還原的星云條件，并首次明確給出這兩個(gè)化學(xué)群隕石母體在巖石礦物學(xué)特征上的主要異同點(diǎn)和相應的分類(lèi)參數。
熱變質(zhì)
太陽(yáng)星云
還原區域
從形成于太陽(yáng)星云極端還原區域的清鎮隕石中首次分離出大量太陽(yáng)系外物質(zhì)，通過(guò)對其中部分樣品的 C、N、Si 等同位素分析，首次在頑輝石球粒隕石中發(fā)現超新星成因類(lèi)型的 SiN；發(fā)現新的 Si 相對貧化的超新星成因類(lèi)型 SiC，其同位素組成與超新星理論模型給出的結果非常吻合，表明可能存在多種超新星或不同圈層來(lái)源的太陽(yáng)系外物質(zhì)。通過(guò)與形成于太陽(yáng)星云氧化區域的碳質(zhì)球粒隕石中的太陽(yáng)系外物質(zhì)對比，提出太陽(yáng)系外物質(zhì)在原始太陽(yáng)星云中不均一分布的觀(guān)點(diǎn)和證據。
凝聚模型
在獵戶(hù)座大星云中形成的行星盤(pán)
星云假說(shuō)
原始星云
假說(shuō)主張一個(gè)行星系統原始的型態(tài)應該是一個(gè)巨大的（典型的直徑應該有 10000 天文單 位），由非常低溫的星際氣體和一部分巨大的分子云組成，大致成球形的云氣。這樣的一個(gè)星云一旦有足夠的密度，在本身的重力作用下便會(huì )開(kāi)始收縮，也可能經(jīng)由鄰近區域產(chǎn)生的重力波（像是超新星造成的震波）壓迫了分子云，造成重力塌縮的開(kāi)始。星云的成分將反映在形成的恒星上，像我們自己太陽(yáng)系的星云相信是有 98% 來(lái)自大批量的氫和氦（以質(zhì)量計算），以及 2% 來(lái)自早期死亡的恒星拋回星際空間的重元素組成（參見(jiàn)核合成）。重元素所占的比例就是所謂的星云的金屬性。在統計上，金屬性高的恒星（也就是在金屬含量較高的星云中形成的恒星）較有可能誕生行星。一旦開(kāi)始，太陽(yáng)星云的收縮就會(huì )慢慢的、但無(wú)可避免的加速。
在塌縮中，有三種物理過(guò)程會(huì )塑造星云：溫度上升、自轉加速和平坦化。溫度的上升是因為原子加速向中心掉落并深入重力井中，并變得更為緊密，碰撞更為頻繁，重力位能被轉換成動(dòng)能或是熱能；其次，即使當初極為細微的，太陽(yáng)星云只要有一點(diǎn)點(diǎn)的凈自轉（角動(dòng)量），會(huì )因為角動(dòng)量的守恒，星云的尺寸縮小時(shí)就必需轉得更快；最后，星云必須成為扁平的盤(pán)狀，稱(chēng)為原行星盤(pán)，是因為當氣體的小滴碰撞和合并時(shí)，它們運動(dòng)的平均值傾向于凈角動(dòng)量的方向。
對八塊不同年代，但都在太陽(yáng)系形成的最初三百萬(wàn)年內的隕石所做的地質(zhì)分析顯示，大約在太陽(yáng)形成的一百萬(wàn)至二百萬(wàn)年，太陽(yáng)系曾經(jīng)遭受 鐵的轟擊，其來(lái)源可能是和太陽(yáng)在同一個(gè)區域內誕生，但短命的巨型恒星成為超新星所導致的。
暗星云
如果氣體塵埃星云附近沒(méi)有亮星，則星云將是黑暗的，即為暗星云。暗星云由于它既不發(fā)光，也沒(méi)有光供它反射，但是將吸收和散射來(lái)自它后面的光線(xiàn)，因此可以在恒星密集的銀河中以及明亮的彌漫星云的襯托下發(fā)現。
暗星云的密度足以遮蔽來(lái)自背景的發(fā)射星云或反射星云的光（比如馬頭星云），或是遮蔽背景的恒星。天文學(xué)上的消光通常來(lái)自大的分子云內溫度最低、密度最高部份的星際塵埃顆粒。大而復雜的暗星云聚合體經(jīng)常與巨大的分子云聯(lián)結在一起，小且孤獨的暗星云被稱(chēng)為包克球。
暗星云
彌漫星云
彌漫星云
原恒星
一個(gè)密度不斷增加的原恒星會(huì )累積成為太陽(yáng)星云的重心。當行星在盤(pán)中形成的過(guò)程中，原恒星會(huì )持續的變得更為緊密，直到一千萬(wàn)至五千萬(wàn)年后，它最后終于達到核融合所需要的溫度和壓力，這時(shí)恒星就誕生了。一顆這樣的年輕恒星（金牛 T 星）所發(fā)出恒星風(fēng)，比形成恒星的力量強大許多，最后將會(huì )吹散掉剩余在行星盤(pán)的氣體，并且結束主要的吸積過(guò)程（特別是氣體巨星的）。像在恒星生命中的許多過(guò)程，在原恒星階段所花費的時(shí)間也取決于質(zhì)量，質(zhì)量越大塌縮的越快。
太陽(yáng)星云
微行星
太陽(yáng)星云
因為微行星的數量眾多，并且散布在原行星盤(pán)中，就有許多可能發(fā)展成行星系統。小行星被認為是剩余的微行星，彼此間逐漸磨損成越來(lái)越小的碎片，同時(shí)彗星則是在行星系中距離較遠的微行星。隕石是落到行星表面的微行星樣品，并且提供我們許多太陽(yáng)系形成的訊息。原始型態(tài)的隕石體是被撞碎的低質(zhì)量微行星的大片碎塊，沒(méi)有因為重力而發(fā)生分化；同時(shí)，分化過(guò)的隕石體則是質(zhì)量較大的微行星被撞擊后的大片碎塊。只有最大的那些微行星能在遭受到低質(zhì)量微行星的撞擊后還能夠繼續的成長(cháng)。
寡頭成長(cháng)
當微行星成長(cháng)時(shí)，它們的數量逐漸減少，碰撞的頻率也會(huì )降低。由于自然成長(cháng)的隨機性，使得微行星成長(cháng)的速率各自不同，而有些會(huì )成長(cháng)的比其他的都大。當微行星繞著(zhù)新生的恒星轉動(dòng)時(shí)，動(dòng)態(tài)摩擦使得微行星的動(dòng)能（動(dòng)量）保持著(zhù)平均的分布，因此最巨大的運動(dòng)的速度也最慢，軌道也趨近于圓形；而較小的微行星運動(dòng)的速度較快，軌道的扁率也較大。值得注意的是，運動(dòng)越遲緩的天體有越大的碰撞截面積，重力則可以提高一顆微行星攔截到另一顆微行星的半徑。必然的，越大越慢的微行星能更加有效的兼并周?chē)餐砷L(cháng)中的微行星；而速度較快、質(zhì)量較低的微行星就難以繼續成長(cháng)。
這迅速的導致逃離過(guò)程，在盤(pán)內每一個(gè)區域中最大的微行星將成為各區的主宰，會(huì )比微行星海中其他的成長(cháng)的更快。這些大質(zhì)量的個(gè)體完全的掌握在盤(pán)中的固體物質(zhì)，稱(chēng)為寡頭執政，意味著(zhù)少數規則；這種過(guò)程稱(chēng)為寡頭成長(cháng)。這些少數的微行星在大小上迅速的增加，在寡頭成長(cháng)開(kāi)始前，已經(jīng)有數十公里的直徑，將成長(cháng)到幾百公里，最終可以到數千公里的直徑。
太陽(yáng)星云
無(wú)論寡頭者是如何的繼續成長(cháng)，它們在（在凍結線(xiàn)的內側）一百萬(wàn)年內可以達到的典型大小是 0.5～1 個(gè)地球質(zhì)量上下，已經(jīng)大到足夠被稱(chēng)為原行星。因為有更高密度的固體物質(zhì)可以利用，在盤(pán)的外側可以生長(cháng)得更大。在類(lèi)地行星的區域內可能有幾打的寡頭者彼此遠離的散布著(zhù)，在動(dòng)態(tài)性的隔離下，即使經(jīng)過(guò)數百萬(wàn)年或數千萬(wàn)年也不會(huì )碰撞在一起。
不均勻的溫度
在原行星盤(pán)內的溫度是不一致的，并且這是了解地球型和木星型行星之間分化的鑰匙。在凍結線(xiàn)內側的溫度太高（超過(guò) 150K）使氫化物不能凝聚，它們仍然保持氣體狀態(tài)；能夠被堆積的只有金屬和硅酸鹽類(lèi)的塵粒。因此在這個(gè)區域的微行星整個(gè)都由巖石和金屬組成，例如小行星，并且組成類(lèi)地行星。
在凍結線(xiàn)的外側，由氫組成的水、甲烷和氨都能夠凝固成固體，成為“冰”的顆粒并且堆積起來(lái)。巖石和金屬的塵粒依然可以利用，但氫化物的數量更為豐富，不僅遠遠的超過(guò)，而且隨處都是。因此在這一區域的微行星以冰為主體，而僅有少量的金屬與巖石在內。在柯伊伯帶和奧爾特云的天體、彗星、海王星巨大的衛星－崔頓，或許還有冥王星和他的衛星－凱倫，都是“臟雪球”的例子。由于有許多的固體物質(zhì)可以使用，即使在碰撞較不頻繁和較低的速度下（在更大的軌道），這些微行星依然可以發(fā)展成非常巨大的行星（質(zhì)量大約是地球的 10 倍），使得它們的引力足以吸附氨氣和甲烷，甚至是氫氣。一旦開(kāi)始這樣的程序，它們將迅速的增長(cháng)，因為在盤(pán)中占有 98% 的氫和氦，會(huì )使它們的質(zhì)量大增，而且引力網(wǎng)也會(huì )張得更大。
類(lèi)木型微行星
類(lèi)木型的微行星不再像是由冰冷的微行星組成的，由于大量的氫氣和氦氣或多或少的都會(huì )使得巨大的氣體云核心密度更為堅實(shí)。然后這些類(lèi)木型的氣體球－在與太陽(yáng)系相似的比喻下，逐漸的產(chǎn)生重力塌縮、加熱、提高轉速和趨向扁平。一些類(lèi)木行星的衛星可能也在行星本身類(lèi)似的機制下形成，在原行星的重力塌縮中，從被濃縮的原行星盤(pán)中的塵粒中凝聚而成。這或許可以解釋?zhuān)谖覀兊奶?yáng)系中，類(lèi)木行星有如此眾多的衛星和為何自轉得如此快速。當年輕的恒星發(fā)出的強風(fēng)將剩余的氣體和塵粒從恒星盤(pán)吹散進(jìn)入其外的星際空間時(shí)，類(lèi)木行星的成長(cháng)就結束了。
以最簡(jiǎn)單的說(shuō)法，在最內側的巨大原行星核形成星盤(pán)內密度最高的區域，并且動(dòng)態(tài)時(shí)間（典型的時(shí)標是碰撞）是最短的，因為這個(gè)天體位在盤(pán)內氣體最密集的區域，能及早達到捕捉氣體所需要的臨界質(zhì)量，并且和環(huán)繞的氣體有最長(cháng)的共生時(shí)間。在我們自己太陽(yáng)系內，木星是在凍結線(xiàn)外側最大的原行星核，履行前述的規則，成為系統內最大的行星。實(shí)際上，過(guò)程可能很復雜，行星遷移和湍流會(huì )使流程混淆；與現今觀(guān)察到的系外行星比較，在我們自己系統內的行星發(fā)展也許，甚至反倒是有些異常的。
解釋意義
星云假說(shuō)可以有效的解釋太陽(yáng)系中一些主要的現象：
?行星和衛星的規則運動(dòng)（所有的行星都幾乎在同一個(gè)平面上，以接近圓形的軌道，以相同的方向繞著(zhù)太陽(yáng)公轉，而且所有的自轉也幾乎在同方向）；
?類(lèi)地行星和類(lèi)木行星有明顯的區別（質(zhì)量、與太陽(yáng)的距離、組成、衛星和環(huán)系統）；
?小天體（小行星和彗星，無(wú)論周期的長(cháng)或短）；
理論解釋
最后，在恒星風(fēng)吹掉盤(pán)中的氣體之后，還有大量的原行星和微行星被留下來(lái)。在超過(guò)一千萬(wàn)至一億年的周期中，這些原行星（典型的質(zhì)量界于月球和數個(gè)地球之間）會(huì )互相攝動(dòng)，直到軌道相互橫越并發(fā)生碰撞為止。這些天體經(jīng)由碰撞的結果，最后成為系統內的行星。這種碰撞：相信是原地球和火星大小原行星的碰撞，形成了地球和月球。這種程序是高度隨機的，一個(gè)與我們相似的類(lèi)地系統的形成，可能很快就會(huì )結束。所能產(chǎn)生的內行星也許比我們在太陽(yáng)系內觀(guān)察到的更少，但也可能更多。
較小的微行星，在數量上也會(huì )比較多，在恒星系統內存在的時(shí)間也會(huì )比較長(cháng)久。這些天體也許會(huì )在“清除鄰里”的過(guò)程中被行星清掃掉；可能會(huì )被投擲到外面遙遠的邊緣（在我們的太陽(yáng)系是奧爾特云）；或僅是持續的輕推進(jìn)入內側與其他的行星碰撞或相對是穩定的軌道。這種連番轟擊的時(shí)期可能長(cháng)達數億年，并且也許會(huì )在地質(zhì)上留下一些可以看見(jiàn)的撞擊坑痕跡。有些論點(diǎn)認為，只要在系統內還有可以利用的小巖石或冰凍的天體，這個(gè)階段就還未真正的完成。1994 年，舒梅克－李維九號彗星撞擊木星所展示的能量，正好彰顯了小行星或彗星撞擊地球可能的威脅。
隕石研究
頑輝石球粒隕石
星球
?EH 與 EL 群隕石是否分別存在獨立母體？造成這一困惑的原因是全部收集到的 EH 群隕石具有從 EH3、EH4、EH5 等不同熱變質(zhì)類(lèi)型的巖石，而全部 EL 群隕石為強熱變質(zhì)的 EL6型樣品，它們之間似乎構成一個(gè)連續的演化序列；
?全部 EL 群隕石為強熱變質(zhì)樣品，因此其與 EH 群隕石之間的差異反映了兩者熱變質(zhì)程度的不同，或繼承了母體之間的差異？；
?出于同樣的原因，一些頑輝石球粒隕石化學(xué)群的劃分存在爭議。
強還原區域星云
中國清鎮隕石是已知最原始和新鮮的 EH3 型隕石，對該隕石的深入研究，并結合其他 EH3 型隕石的分析，獲得有關(guān)強還原區域星云演化的諸多新認識，包括：
?闡明礦物的四種成因機制（氣－固相凝聚、金屬相硫化反應、礦物分解和出熔），并發(fā)現一些礦物具有多種成因類(lèi)型。通常認為隕硫鐵由金屬相的硫化反應形成，因此大量氣－固相凝聚成因顆粒的發(fā)現表明強還原區域太陽(yáng)星云的冷凝是一個(gè)平衡或趨于平衡的過(guò)程；
?發(fā)現太陽(yáng)星云冷凝、顆粒加熱和冷卻擴散等多種成因類(lèi)型礦物組成環(huán)帶，結合閃鋅礦和尼寧格礦溫度計，提出強還原區域太陽(yáng)星云的熱演化模型；
?發(fā)現一種含水的新礦物，其化學(xué)組成為 FeCrS？HO。
EL3 型隕石
在南極隕石中發(fā)現了第一個(gè) EL3 型隕石，從而確證 EL 群隕石具有獨立的母體和完整的熱變質(zhì)系列。在此基礎上，率先開(kāi)展 EL3 與 EH3 型隕石的對比研究，闡明了 EH 與 EL 群隕石母體在巖石礦物學(xué)上的主要差異，提出 EH 群隕石母體形成于較 EL 群更加還原的條件。Sears 等 1984 年在《Nature》上報導了第一個(gè) EL5 型隕石，但隨后的研究表明該隕石屬于 EH 而不是 EL 群。
發(fā)現了新的頑輝石隕石類(lèi)型，其巖石礦物化學(xué)特征介于 EH 與 EL 群之間，反映了太陽(yáng)星云的化學(xué)組成在空間上具有連續變化的特點(diǎn)。該類(lèi)型隕石的發(fā)現使頑輝石球粒隕石的化學(xué)群由 2 個(gè)增加到 3 個(gè)。
F－金云母
在確立 EH 和 EL 群隕石母體巖石礦物學(xué)特征的基礎上，開(kāi)展強還原條件下隕石熱變質(zhì)作用的研究，首次發(fā)現該類(lèi)隕石在熱變質(zhì)過(guò)程伴隨明顯的還原反應。在南極隕石中發(fā)現 4 個(gè)沖擊熔融 EH 群隕石，結合不同巖石類(lèi)型 EH 和 EL 群隕石的對比研究，并借助各種宇宙溫度計和閃鋅礦溫度－壓力計等，提出 EL 群隕石母體具有緩慢冷卻和相對開(kāi)放體系的特征，而 EH 群隕石母體經(jīng)歷了碰撞破碎、再重新吸積等復雜的演化歷史。此外，在頑輝石隕石中首次發(fā)現 F－金云母，提供了研究揮發(fā)性組分在強還原隕石母體中演化的重要線(xiàn)索。
太陽(yáng)的歸宿
太陽(yáng)星云
太陽(yáng)如今已經(jīng) 50 億歲了，處于中年時(shí)期，往后要走的路就是一步步通向沒(méi)落：
就是從體形巨大到收縮發(fā)光再到不發(fā)光最后徹底消失。這還是最好的結果，如果太陽(yáng)可以如此善終那么它的生命還可以持續 50 億年。在衰亡的過(guò)程中，太陽(yáng)的質(zhì)量會(huì )越來(lái)越小，這就使得它的引力越來(lái)越弱，最終造成太陽(yáng)系散伙。但事實(shí)上這種最好的結果很難成就，因為會(huì )有第二種情況出現。
大仙女座星云
探索的必要
到那時(shí)候我們的后代不知道要怎樣生存（如果那時(shí)候還有我們的后代的話(huà)），也許有什么辦法維護我們的地球，把它變成一個(gè)超級宇宙飛船，改變軌道，飛離太陽(yáng)系，飛離銀河系，在更廣闊的空間給地球安個(gè)新家；也許無(wú)情無(wú)義的拋棄地球（畢竟人是什么事都做得出的），全人類(lèi)乘上巨大的諾亞方舟帶著(zhù)動(dòng)植物、水、制造氧氣的原料、還有鍋碗瓢盆去尋找地球的替代品。
太陽(yáng)星云圖
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