简述太阳系的形成过程

简述太阳系的形成过程马培英太阳系由太阳、九大行星、卫星、小行星和彗星构成，其间漂浮着稀薄的宇宙尘埃。 关于太阳系的起源和进化已经探索了250多年，提出了40多种假设。 这些假设都部分说明了太阳系的特征，因为太阳系的真实性无法全面反映出来，所以迄今为止没有人承认。 研究太阳系的形成过程，必须从太阳系的基本特征开始，结合近年来太阳系勘探取得的成果，通过严格的数学计算，找到正确的解决方法。一、太阳系的基本特征1 .各行星轨道具有共面性、各向同性和近园性，大行星规则卫星也具有这一特性。 各行星轨道靠近黄道面，除水星倾斜角7和冥王星倾斜角17外，其馀倾斜角均小于3，大致在同一平面内，轨道方向与太阳自转方向相同，轨道偏心率除水星为0.2和冥王星为0.25外，其馀较小，表示轨道接近正园形。 这个特征表明水星和冥王星一定有与其他行星不同的形成过程。2 .各行星之间的距离是tius-Peter定律，即an=0.4 0.32n-2，n的取值是2以上的正整数，表示水星时n=-，但冥王星的实测值和计算值有很大不同，表明水星和冥王星有特殊情况。 行星间的距离只有0.3-0.5天文单位不同，而行星间的距离在4-10天文单位以上。太阳系内各行星的自转非常有趣。 一般行星的自转与绕太阳公转的方向一致，但金星反向自转。 也就是说，其自转周期比公转周期大，天王星在轨道上自转。 天王星的赤道面和公转轨道面成98度的交角，金星和天王星必须经历特殊的演化过程。4 .太阳系角动量的分布各有特色，太阳质量占全系统质量的99.8%，其角动量只占0.5%，各行星和卫星总质量不到0.2%，占全系统角动量的99.5%。 这不是人们想象的分布规律，表明有独特的形成方式。5 .太阳系行星可分为两类。 也就是说，类木行星和类地行星具有完全不同的特征。 类木行星在小行星带外侧，质量大，密度小，体积大，自转快，有光圈，卫星多，星表面为液体，有发热现象，金属物质成分少，以氢氦和挥发性物质为主，处于低温状态的类地行星在小行星带内侧，质量小，密度大，体积小，自转无环、卫星少或无，星表面为固体，由硅酸盐和含铁物质组成，金属物质比例大，温度高于类木行星。 两种行星的明显差异表明它们不是一次形成相同的模式，而是各自具有不同的形成机制。6 .太阳系的许多卫星明显分为三类：第一类是规则卫星，卫星总质量占本行星质量的几万分之几千，绕卫星行星的轨道角动量总和只占行星自转角动量的1%，卫星距离分布也遵守蒂斯皮特定律，卫星轨道也具有同向性和同向性。 第二类是不规则卫星，其特征是卫星轨道斜率和偏心率大，距行星距离分布不规则，是逆行轨道。 第三类卫星在本行星质量中所占比例大，角动量也大，如月球质量为地球的1/81，月球绕地球旋转的轨道角动量为地球自转角动量的5倍以上，三种不同卫星有三种不同模式的形成过程。7 .小行星带位于木星和火星轨道之间，约10万多个，总质量约为31024克，是地球质量的万分之五，平均密度为3.5克/cm3，由岩石等金属元素构成，形状不规则，一般直径在数百公里以下，小行星也在自转。 它是如何形成的？8 .太阳系中有一颗奇异的天体彗星，彗星和小行星截然不同，彗星的主要成分是甲烷、氨和水等挥发性物质结成冰，占80%，其馀为硅酸盐和灰尘等，结构松散，形成一个污浊的雪球，温度低，在100K以下，彗星轨道有三个。 在扁平的椭圆轨道、抛物线和双曲线上，彗星接近太阳的3-2天文单位开始发育和早尾时，看起来是巨大的，其实是气体和尘埃，彗星核小，大人数十公里，小彗星分为短周期彗星、长周期彗星和非周期彗星，长周期彗星和非周期彗星占已知彗星总数的五分之四， 短周期彗星仅占5分之1，短周期彗星根据轨道特征分为木星族、土星族、天王星族和海王星族彗星。 彗星短命，运行数百周或数千周后自行拆除。 彗星是从哪里来的？9 .太阳基本概况，太阳位于太阳系中心，质量1.9891033克，赤道半径69.6万公里，其自转周期为赤道25.4天，两极35天，太阳自转角动量1.631048克cm2/秒，旋转能2.41042克，太阳物质构成：氢71%，氦27% 其他元素为2%，太阳与发现一百多种元素的地球元素基本相同，太阳表面温度5770K，中心温度1.5107K，太阳平均密度1.4g/cm3，中心密度160g/cm3，中心压力3.41017达因/cm2，高温高压高密度中心区为核反应区，氢燃烧、 即质子-质子反应和碳氮循环反应，放出大量能量的太阳辐射总输出功率为3.831026焦耳/秒，有电磁辐射和粒子辐射，高速高温的粒子辐射常被称为太阳风，太阳活动有火炬、黑子、冲浪、烟花、蛙爆炸、电波爆炸和电晕中瞬变现象等太阳系的上述特点是，必须回答每个太阳系的进化说，合理而有说服力的解释。二、太阳系的形成过程太阳系的形成和太阳本身的演化是不可分割的，太阳的形成是三个时期的五个过程，即星云期、变光星期和主序列星期，五个过程经过凝缩过程、快速引力收缩过程、慢速引力收缩过程、耀变过程和氢燃烧过程，行星的形成是太阳演化过程的副产物，即太阳进化到某一阶段才形成行星和卫星等天体。 这是一个非常复杂的进化过程，有规律，有特殊性，也有偶然性。 本文简述了太阳系的形成过程，不进行理论推导和复杂的数学计算，只显示计算结果。1 .星云期(包括冷凝收缩过程和快速引力收缩过程)太阳系是银河系的一部分，距离银心2.5万光年，在猎户星臂附近，太阳以250公里/秒的速度绕着银河中心旋转，周期约为2亿年，50亿年前几亿年前太阳系的原始星云就在这个位置。 她是巨大银河原始气云团(即星际云)冷却后分离的小星云，初始速度和一定温度(非高温)，星云直径约为3000天文单位，其实星云没有明显的边界，是弥漫的氢云，密度低，约为10_17克/cm3，星云质量是太阳质量的1.5-2倍温度在300K以下，有自转，但慢，与公转基本同步的星云的主要成分是氢71%，其次是氦27%，其他元素2%，其中包括超新星爆炸飞来的重元素和金属物质、挥发性物质和尘埃等。 太阳系的原始星云绕着银河系的中心旋转，从一开始就有角动量，在凝缩过程中自转加快，自转与公转不同步。 另外，由于星云的内侧和外侧到银心的距离不同，以银心为中心进行开普勒运动时形成速度梯度，中间出现快慢的、不好的旋转，星云被银心的潮汐力扰乱，形成大小的涡流，撞击各个涡流之间合并，形成大的涡流，最后形成更大的中心涡流星云继续缓慢冷凝收缩，涡旋的自转速度逐渐加快，大量物质聚集在涡旋中心，因此中心部物质密度增大，重力增强，形成中心重力部，物质在重力作用下向中心旋转，星云的冷凝收缩逐渐被重力收缩所取代， 星云已经从原来的3000个天文单位缩小到70个天文单位，经过数十亿年的时间，其间星云温度下降到数十k，物质损失大，部分物质扩散到宇宙空间。随着星云中心重力区的增强，物质向中心的下落加速，星云崩溃形成，进入了快速的重力收缩过程。 星云内的物质从四面八方沿螺旋方向迅速落入中心，形成粗细不同的螺旋状物质流，星云也逐渐变平，形成宽边帽状圆盘，螺旋状物质流逐渐变成四个臂，角动量不足则无法形成圆环，只能形成臂。 从正面看像缩小的银河一样，形成螺旋结构，从侧面看像NGC4594天体(m04 )，收缩不受平行总角动量轴的方向限制，崩溃快，增加的引力势能转化为物质中，收缩受赤道平面限制，这是因为离心加速度的作用引力减弱， 因为收缩变缓，在中央突起周围形成了平坦的旋转臂圆盘，整体上看星云还在继续收缩，角动量还在向旋转臂和中心部转移。 当内旋臂从中心收缩到5.2天文单位时，旋转速度逐渐达到13.1公里/秒，自转产生的离心力与中心部的引力平衡，旋臂停留在该位置不再收缩，但中心部的物质继续急速收缩，中心部与旋臂断裂，中心部继续收缩变成原来的太阳，整个星云此时，原来的太阳对手臂有很强的引力作用，同一手臂也对原来的太阳有牵制作用，原来的太阳自转延迟，转速逐渐减慢，原来的太阳角动量转移到手臂上。 此时，只要臂上的物质角动量不足，就会继续向中心旋转，但到达内臂后就无法下落，因此，内臂物质的积累越来越多，外臂物质相对减少。 四只胳膊逐一达到开普勒的轨道速度就变成四个园圈，园圈的位置按提斯-彼得定律分布，在树、土、天、海的轨道位置，它们的角动量占星云总角动量的99.5%，是太阳系角动量分布发生变化的原因。 这样形成的拉普拉斯环不会缺少必要的角动量。中心部成为原来的太阳，物质密度变高，分子间的碰撞变得频繁，产生的内部压力逐渐变大，压迫中心部的物质形成星核，释放出大量的能量，中心温度变高，增加的热能以对流方式向外传播，星云呈微小的散热状态，星云整体呈奥里奥利星云期的快速引力的收缩过程是数千年左右，据说太阳有50亿年的历史。 从这个时候开始数吧。2 .变光星期(包括慢重力收缩过程和模式变化过程)星云形成四个园环后，大部分质量集中在中心天文单位范围内，物质密度增大，分子间冲突变得更加频繁，温度上升，压力增大。 当内部辐射压力与自吸引力基本相等时出现准流体平衡，星不收缩或微小脉动收缩，太阳雏形基本形成，中心是快速旋转的坚固星核，核外是辐射区，表面出现对流层，原太阳逐渐进入慢慢重力收缩过程。原太阳内部的物质运动非常复杂，物质是气体流体，与刚体有很大不同，自转中出现很多复杂的运动状态，在惯性离心力的作用下赤道物质有变平的倾向，两极物质必定沿赤道方向流动，极地物质减少，但重力的作用通过维持球形水平面，物质向两极流动， 为了弥补这里的物质不足，赤道两侧形成了旋转方向不同的漩涡，是伴随着物质的流动接近赤道的着名蝴蝶的图，这种状态至今仍保持着太阳黑子运动。 随着物质对流与自转的相互作用，角动量向赤道转移，形成星的不良自转。 中心部分的高密度高压和高温增加，扰乱热平衡梯度，通过混合长度向外传递动能和热量，低温物质下沉，形成对流，发展成由内向外的湍流。 中心温度上升到2000K时，氢不能保持分子状态，变成原子，吸收大量热能，压力急剧下降，无法抵抗重力，中心部分崩溃成更小密度的核心，产生强烈的电波辐射，这些能量辐射通过星星稀薄的地方到达星星表面，变得明亮这就是H-H型天体。恒星内部不仅有高速运动分子产生的热能，还有在原子水平放出的电磁能，中心温度更高，恒星的自转变慢，但恒星的核快速旋转，核附近的等离子体也快速旋转，产生恒星的磁场，磁力线从两极附近出来。 星星此时产生电波辐射，内部热能不断传递到表面，表面温度达到1000K，发射红光。 这种能量传递的话，表面温度也会变高或变低，表现出的星星等会变大或变小。 蓄积一定程度的能量会激烈喷发，物质释放，几天之内星星等会上升5、6个等级。 这个时期相当于金牛t型变周和鲸鱼座UV型耀周。原太阳中心部温度逐渐上升，达到80万k时，氢发生核聚变，首先氢和重氢变成氦核，产生光子释放出大量的原子能，突然激增千百倍的能量，猛烈喷发，星的亮度也急剧倍增，这是耀星或新星爆发，原太阳耀变在此期间发生了多次猛烈喷发，释放出大量的能量和放射物质，具有部分角动量，有4次比较大的喷发。 太阳的质量不大，没有比这更全面的爆炸，只是局部的喷火。喷火是从恒星内部的核反应区开始的。 那里的星核自转非常快，每秒可达数百公里。 因为物质具有极高的能量，喷出物在高温下高速，最初的喷出物的质量约为太阳质量的百万分之三，温度在一万度以上，喷出速度高达每秒616.5公里，呈现出熔融半流体的状态，高速自旋在从原来的太阳飞行的期间一边降低温度一边减速，当它到达现在的金星轨道时正好几十年后，原来的太阳再次喷发，喷出物比上次稍多，还处于高温熔融状态，高速旋转，初期速度比上次稍大，它进入现在的地球轨道后围绕原来的太阳旋转。 数百年后，原来的太阳又发生了第三次喷发，当时的星核温度进一步升高，达到了300万度，发生了重氢、锂、铍、硼等核反应，释放能量更大，喷发物质前两次以上都没有，初速度更大，其中最大的一个团块现在更多的碎片在木星和火星轨道之间扩散，经过三次喷发，原来的太阳处于暂停状态，虽然持续了数千年，但是星的中心温度还在持续上升，达到700万度时，四氢发生氦的质子-质子反应，释放出大量的光子和能量，原来的太阳发生了第四次猛烈喷发。 此次喷发物为太阳质量的千万分之二，初速度大于第三次，因此飞得更远，其中较大的喷发物撞击天王星的边缘，飞散的物质到达海王星的轨道，更多的碎片扩散到太阳系的空间，飞向海王星的外侧。 此时，原太阳的表面温度上升到数千度，发出散热光。 生出璀璨的星星。 原太阳在变星时期约有4亿年。3 .主系列星期(包括氢燃烧过程和未发生的氦燃烧过程)原太阳经过几次耀变逐渐变为稳定状态，进入氢燃烧过程，释放原子能，星核中心核反应区温度达到1500万度，核反应出现碳氮循环反应，大量为质子-质子反应，核中心密度达到160克/cm3，中心压力达到3.41016，阻止星的引力收缩此时，星表面温度达到5770 K，成为g型星，太阳辐射