二、太阳系及地球起源的假说

自 1543 年哥白尼提出“日心地动说”后，天体演化冲破了宗教迷信的桎梏，哲学家及自然科学家们开始了太阳系及地球起源的科学探讨，相继提出了各种假说，力图解释太阳系的基本特征，下面介绍几种太阳系起源的主要假说。

德国哲学家康德（1724—1804 年）在他年轻当教师时写出了《自然通史

与天体论》一书，该书于 1755 年出版。太阳系起源的第一个假说（即康德星云说）就是在这部著作中提出来的。他认为物质具有自身的运动规律，宇宙中弥漫着气体与尘埃组成的星云，在万有引力作用下密度较大的微粒吸引了周围密度较小的物质逐渐集成大的团块，从而引力增大，促使聚集加快，形成巨大的球体，即原始太阳。原始太阳周围的微粒继续向引力中心竖直落下时，由于斥力而发生偏转，其中有一个主导方向，遂形成扁圆的旋转云状物。同时又逐渐聚集成小团块，在引力和斥力的共同影响下绕太阳旋转，形成行星。行星周围的颗粒以同样过程形成卫星。太阳是在太阳系聚集时开始发热发光。行星中密度较大者受到较大引力而离太阳近，密度较小的离太阳远（图12.8）。康德假说的主要问题在角动量的分配上，而且原先不动的原始太阳在引力和斥力下会旋转起来也是不可能的。

法国天文学家兼数学家拉普拉斯（1749—1827 年）在 1796 年出版的《宇宙体系解说》中提出太阳系成因的“星云假说”。他认为原始太阳是炽热的球形星云，直径有太阳系直径那么大，缓慢自转。由于散热收缩而自转加速，致使赤道离心力增大，星云变扁，当离心力超过向心力时分离出一个环，以后又相继分离出五个环（当时只知道六颗行星），各环绕日运转时逐渐吸聚成行星。热的行星以同样方式形成卫星（图 12.9）。现知木星、土星和天王星都有这样的环就是证据，人们把这种环称拉普拉斯环。这个假说也没有解决角动量分配问题。如果行星是太阳分出来的，两者的角动量与质量关系应该一致，现在却大不相同。太阳目前的转速太低，不能抛出环来。

康德和拉普拉斯假说，都认为太阳系是由星云本身的物质经自身的演变而逐渐形成的，结论大致相同。但具体细节有一定差别，拉普拉斯认为星云物质是炽热的，而康德没有提到温度问题。关于星云转化为行星的动力，康德认为是大微粒对小微粒的吸引力，拉普拉斯则认为是气体的冷却；作为吸引力的对立面的另一种力，康德认为是斥力，拉普拉斯则强调了离心力。关于行星形成过程，康德假说是基本微粒云—团块—行星，而拉普拉斯假说是气体云—分离环—团块—行星。

由于康德与拉普拉斯的星云假说都没能解释太阳与行星之间的角动量分配问题，到了 19 世纪末，“星云”假说基本上受到了否定。人们开始寻找太阳系以外的原因，于是出现了一些新的假说。具代表性的有“潮汐假说”和“俘获假说”。

“潮汐假说”由英国天文学家兼物理学家吉恩兹（1877—1946 年）于 1916 年提出。他主张炽热的原始太阳在与另一巨大星体接近时受吸力或碰撞，使原始太阳抛出一股气流或团块，凝聚成行星绕日旋转。该假说的根本问题是，恒星间距离遥远且有各自的轨道和规律，不可能靠近到发生引潮或碰撞。既使发生引潮现象，也不可能吸出到冥王星那么远的距离。

“俘获假说”由俄国学者施密特（1891—1956 年） 1946 年提出。他认为，旋转着的太阳在穿过一片暗星云时，便俘获了一部分气尘物质绕其旋转，并且相互聚集和碰撞，使各个方向的轨道逐渐平均化而趋于同一轨道平面，并按密度大小聚成行星和卫星。行星占有大的角动量是原来暗星云给的，而不是太阳给的。他这样来解决角动量的分配，但仍然存在着问题。实际上，当太阳比暗星云的角动量小得多的时候，不可能发生俘获。

随着本世纪中叶以来天文地质学的发展，人们认识到，太阳系的天体在物质成分、结构构造及形成演化方面都具有相似性，应该具有共同的起源。于是开始重新认识“星云说”的合理成分，并对其进行修正。其中问题的焦点集中在质量与角动量分配的矛盾上。现代比较流行的解释是“磁藕合假说”。

60 年代英国天文学家 E.霍伊尔（Hoyle）和法国天文学家 E.沙兹曼

（Schatzman）从电磁作用的机制来研究太阳系的起源问题。他们的假说的要点是角动量是可以由带电粒子在磁场中运动的方式来转移的（图 12.10）。霍伊尔的假说在太阳系形成的开始阶段和拉普拉斯的星云说有些相似。

他认为太阳系开始时是一团凝缩的星云，但温度并不高，转动并不快，转动速度因急剧收缩而加快，当这团星云的半径收缩到一定的程度，它的转动就达到不稳定的状态，两极渐扁，赤道突出，物质终于由此处抛出，形成一个圆盘。圆盘的质量只有太阳的百分之一。当中心体与圆盘脱离后，继续收缩，不再分裂，最后形成太阳。圆盘内物质则相互凝聚成了行星。星际空间存在着很强的磁场，太阳的热核反应发出电磁辐射，使周围的气体云盘成为等离子体在磁场内转动，当太阳与圆盘脱离时，太阳与圆盘内缘就发生了电磁流体力学作用而产生一种磁致力矩，从而使太阳的角动量转移到圆盘上。由于角动量的增加，圆盘向外扩展，太阳不断收缩。因失去了角动量而使其自转速度减慢。因为太阳辐射作用产生的太阳风推开了轻的物质，聚集成类木行星，较重的物质未能推走便在太阳附近聚集成为类地行星。这是一个比较令人满意的假说，然而也存在着很多问题有待进一步解决。