认识太阳系起源的困难

太阳是离我们最近的一颗恒星，也是太阳系的中心。太阳系的起源问题一直是哲学家、天文学家关注的一个问题。由于天体结构和星球形成的过程的不可再现性，使得对它的研究具有历史学的特征。人们或是依据经验观察作思辨的探讨，或是根据天文观测资料提出科学假说。从 12 世纪至今，有关太阳系形成的哲学思辨和科学假说有许多种。每一种哲学的思辨都为科学的思考提供了某种启示，每一种科学假说都在一个或儿个方面符合太阳系的运动参数。

哲学思辨的殊途同归

东西方哲学的差别之一是，中国哲学重以连续的元气作为物质基始，古希腊哲学重以分立的原子为物质基始。这两种物质基始观可谓哲学上的“殊途”，但是在宇宙形成问题上却达到了“同归”。中国哲学家朱熹的“元气漩涡说”与西方哲学家笛卡尔的“以太漩涡说”和康德的“星云说”，其基本思考方向是一致的。而且，这种思考方向与现代宇宙学的一致性，以致会使人认为他们是先知。朱熹（1130—1200）依据易学的太极生化思想提出来了元气漩涡说。他认为“太极”乃生物之初，阴阳结合是生长的基础：万物所生皆是如此，如牛羊草木，皆有牝牡，一为阴一为阳，凡天下事，一不能化，一阴一阳，始能生化万物。这就是他的以阴阳原理为基础的生化观。他把这个生化观运用于宇宙论，提出了一个具有物理机制的天地生成图式，以元气旋转解释天地形成的假说，并依据这一假说力驳历法家的天左旋而日月和五星右旋的天体运行模式。朱熹在其《类经图翼·运气》中对他的天地生成说有一个典型的表述：“这一气运行，磨来磨去，磨得急了，便拶出许多渣滓；里面无处出，变形成个地在中央；气之清者便为天，为日月，为星辰，只在外常周环运转，地便在中央不动，不是在下。”用现代物理的语言说，这是一个力学的气旋模型。如果把地在中央改成太阳在中央，它就是其后 500

年方出现的笛卡尔的宇宙形成的漩涡假说，也与 200 年后才提出的康德的宇宙形成的“星云说”十分相似。至今人们尚多不理解，朱熹为什么在天体运行模式上与历法家对抗，并且以其为哲学家干预科学而失误的典型。这对朱熹来说是很不公平的。孰不知，朱熹之所以批评历法家的天体运行模式，正是以其宇宙生成模式的动力学机制为依据的，而历法家的天体运行模式完全没有这类的物理机制。西汉时代的《夏历》一书就主张“列宿日月皆西移，列宿疾而日次之，月最迟，故日与列宿俱入西方”，认为日月也同天（列宿）一样从东向西行，称之为“左旋说”。而历法家则认为，天是从东向西行的，而日月则是从西向东行的，称之为“右旋说”。两者在天的运行方向上是一致的，而在日月的运行方向上有左旋和右旋之分。历法家并没有提供右旋的任何物理根据，而朱熹的左旋说则是以其宇宙生成的动力机制为基础的。在一气旋转中生成的一切天体，只能沿一致的方向旋转。

笛卡尔（1596—1650）的“以太漩涡说”是他在其著作《哲学原理》（1644 年）中提出来的。这个学说认为在太初混沌里，物质微粒逐渐获得涡流式的运动，各种大小的涡流以及它们之间的摩擦使原始物质匀滑，被挤出的一些物质落入漩涡中心，从而形成了太阳；较细微的残余物形成透明的天空；较粗大的物质块则被俘获在涡流里，形成了地球和各个行星；次级涡流俘获的物质则形成了卫星（见图 7）。这个学说是在牛顿提出万有引力定律之前出现的，不能很好地说明太阳系的运行规律。

图 7 笛卡尔的漩涡（据沃尔夫，A.，1985）

哲学家康德（1724—1804）的“星云说”是他在其著作《自然通史和天体论》（1755 年）中提出来的。他假定太阳系的所有天体都是从一团主要由固体尘埃微粒构成的稀薄的原始星云通过吸引力和排斥力的作用而逐渐形成的。他所说的吸引力就是牛顿的万有引力，而排斥力则主要是微粒之间的相互碰撞所产生的机械力。在万有引力作用下，星云内密度较大处的物质微粒把周围的物质微粒吸引过去，因而随引力增加而吸引更多的微粒，这样的连续过程就逐渐形成越来越大的团块。在这一过程中，团块之间有相互碰撞的机会，碰撞的结果是一些团块破碎了而另一些则合成更大的团块。这种吸引和碰撞进行到一定程度就形成了中心天体——太阳。当中心天体形成后，其周围的微粒或团块就会在中心力的作用下落向太阳；同时，在微粒或团块落向太阳的过程中，有些团块由于碰撞而发生偏斜并绕太阳转动起来，这些绕太阳转动的微粒和团块，由于吸引和排斥作用逐渐凝聚成行星。在形成行星的过程中，同样的吸引和排斥机制也形成了卫星。这样一个形成过程的结果是，密度较大的行星离太阳近，密度小的离太阳远，形成按密度大小由近到远排次的行星系统。

科学探讨的同途殊归

牛顿（1643—1727）实际上已接近从科学上探讨宇宙的起源。他在 1692

年 12 月 10 日致本特雷（1662—1742）主教的信中说：假使（形成）我们的太阳和它的行星的物质以及宇宙间其他物质是均匀地散布在太空，而且每个粒子都对其他粒子具有内在的引力、我们还假定散布着物质的整个空间只是有限大小，那么在这空间里的物质由于引力作用都从这空间的极边处自外向

内集合起来，其结果是在这空间的中心形成一个巨大的球状团块。他认为，假使物质是均匀地弥漫在无限空间，那么它们绝不会集合成一个团块，而是有一部分物质集合成一个团块，另一部分物质集合成其他团块。在这无限空间里就散布着相互之间距离极大的众多大团块。牛顿在这里提出了太阳和众星的引力成因，但真正启动科学的太阳系起源研究的是法国科学家布丰（1707

—1788）和拉普拉斯（1749—1827），他们分别提出的假说开辟了两种类型的宇宙起源模式。

法国动物学家布丰，在其著作《一般和特殊的自然史》（1745 年）中提出了一个关于太阳系形成的假说，认为有一个质量巨大的替星，曾经与太阳相碰，使太阳发生自转，并有一部分物质裂为碎块，飞散到天空，成为行星和卫星，形成了当今的太阳系。这个学说认为太阳系的形成是一次灾变的结果，被称为“灾变说”。太阳系形成的这种“灾变说”是站不住脚的。因为彗星的质量非常小，即使与太阳发生碰撞也不足以使太阳的一部分物质飞散出来形成行星和卫星。

在布丰之后 50 年，法国物理学家拉普拉斯（1749—1827）在其著作《宇宙体系论》（1796 年）的附录 7 中，独立于哲学家康德提出了另一个太阳系起源的“星云假说”。他认为，太阳系中的所有天体都是由一团呈球状分布的、灼热的、缓慢地自转着的气态星云形成的（图 8）。这星云球的直径比现在的太阳系的直径要大得多，其温度也比现在的太阳的温度高得多。由于冷却收缩，自转加快，离心力加大，在平衡的向心力和离心力联合作用下，导致星云球变扁并逐渐成为扁平盘状。当离心力超过向心力时，便分离出一个旋转的气环。在星云继续冷却的过程中，不断重演气环分离的行为，逐渐形成许多环。最终，星云中心部分凝缩成太阳，各气环积聚成行星，而热的行星又以分离出气环的机制形成卫星。

20 世纪有关太阳系起源的探索大体是沿布丰和拉普拉斯所开辟的两个方向前进的。

沿灾变说的进路有张伯伦（1843—1928）的“星云说”（1900 年）、金斯（1877—1946）的“潮汐说”（1916 年）、施密特（1891—1956）的“陨星说”（1944 年）、霍伊尔（1915—）的“超新星说”（1960 年）。沿星云说的进路有魏札克（1912—）的“漩涡说”（1944 年）、阿尔文（1908—）的

图 8 星云假说之星云形成（据盖保民，1991）

“磁偶合说”（1942 年）、戴文赛（1911—1979 年）的“星云—星子说” 由于银河和其他星系中普遍存在气体星云和尘埃物质，近几十年的研究

者已放弃发生几率极小的灾变起源的研究，转向观测证据较充分的“星云说” 方向。

在星系中观测到的各种外形的气体星云，小的为太阳系直径的几倍，大的为其数万倍，一般其物质密度都很低，且主要成分是氢和氦。所以，多数研究者倾向，形成太阳系的物质是原始星云。在目前所见的太阳系形成的理论中，密度波理论因其在数学严密性方面的优点而为我所偏爱。我们关于太阳系形成的讨论，将以密度波理论为基础，并结合中国天文学家戴文塞有关太阳系起源模型，一个综合星云说和星子说的模型，加以描述。当然，大家不可以认为它是完全真实的过程，而只应把它看作可能接近真实的模型。