太陽系形成分析論文

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內(nèi)容提要截止二十世紀(jì)末，關(guān)于太陽系形成的假說已有一百多個(gè)，但這些假說僅能說明太陽系存在的部分事實(shí)。因此本文提出：太陽系的誕生，導(dǎo)源于銀河系中的一次并行的黑矮星之間的天體碰撞事件；碰撞中伴隨著巨大的能量轉(zhuǎn)換和能量釋放過程；隨能量的轉(zhuǎn)換，物態(tài)上也起了巨大的變化，形成了太陽元素和地球元素。隨之，有關(guān)太陽系物質(zhì)的起源、物質(zhì)存在狀態(tài)、物質(zhì)存在狀態(tài)間的聯(lián)系以及太陽系運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)原理諸方面的問題都得到了順理成章的解釋。

主題詞黑矮星天體碰撞能量轉(zhuǎn)換

地質(zhì)研究表明，我們?nèi)祟惥幼〉男乔颉厍颍窃?0億年前由一個(gè)完全熔融的球體凝成的，球體外面環(huán)繞著稠密的大氣層，其中有空氣和水蒸氣，可能還有揮發(fā)性很強(qiáng)的氣體。

這一大團(tuán)熾熱的宇宙物質(zhì)是從哪里來的？是什么樣的力量決定了它的形成呢？這一有關(guān)我們的星球和整個(gè)太陽系的起源問題，是多少個(gè)世紀(jì)以來一直縈繞在天文學(xué)家頭腦中的一個(gè)謎。自十八世紀(jì)起，由于天文觀測資料的豐富和積累，對宇宙認(rèn)識(shí)的擴(kuò)大和深化，各式各樣的太陽系演化假說蓬勃發(fā)展起來，到二十世紀(jì)末，太陽系演化假說已達(dá)一百多個(gè)。這些假說的提出和論爭，使人們進(jìn)一步加深了對太陽系的認(rèn)識(shí)。

但是，在目前已經(jīng)提出的上百個(gè)太陽系起源演化的假說中，都是從太陽系目前結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的某些特征出發(fā)，它們都僅只能說明一部分現(xiàn)象。迄今為止，還沒有一個(gè)假說能夠圓滿解答太陽系的多種多樣的現(xiàn)象，本來，探索太陽系的起源是有許多困難的，這是遙遠(yuǎn)年代以前的事，沒有一個(gè)人目睹這個(gè)過程，一切都只能依靠今天的事實(shí)和分析來論證。目前，太陽系起源于原始太陽星云是多數(shù)學(xué)者的看法。

但地質(zhì)研究表明，地球的早期，表面分為泛大陸和泛大洋，現(xiàn)今各大陸是由泛大陸分裂以后的碎片飄移而形成的。各大陸板塊的形狀、地層、制造、巖相、古生物群落的分布、古氣候及地球物理特征等，都說明了這一點(diǎn)。地球早期的這個(gè)形態(tài)特征表明，它是從一個(gè)更大的星球上被撞下來的含有花崗質(zhì)殼層和基性巖殼層甚或是包括冰水殼層物質(zhì)的碎片演化而來。假若是由星云凝成的，就不可能有地球早期的這個(gè)形態(tài)特征。

基于此，考慮到地球元素的起源（地球不具備從星際物質(zhì)合成地球元素的條件）、天體演化等因素認(rèn)為：我們的地球、包括整個(gè)太陽系的誕生，起源于一次天體碰撞事件。發(fā)生碰撞的兩天體應(yīng)為演化到最后階段的暗天體——黑矮星。兩這個(gè)黑矮星，一個(gè)是作為太陽系誕生的母體矮星——原始的日球，一個(gè)是作為太陽系誕生的父體矮星——原始的木星。

設(shè)想，原日和原木，本為銀河系家族的成員，它們沿各自的園形軌道繞銀心運(yùn)行。從太陽行星系運(yùn)行軌道平面與銀道平面有很大的交角可以推知，它們繞銀心運(yùn)行的軌道是平行的、并行的，它們彼此處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，均以250km/s的速度繞銀心運(yùn)行。由于它們彼此間有萬有引力作用，使它們的作相向運(yùn)動(dòng)。終以8500km/s的運(yùn)動(dòng)速度發(fā)生傾斜碰撞，由此誕生了我們今天的太陽系。

碰撞大約是這樣發(fā)生的：

碰撞首先使原日的冰水圈層破裂為大小不一的碎塊，并由原木獲得相當(dāng)大的碰撞運(yùn)能，以極大的初速度，飛入太陽系外層軌道，成為今天數(shù)目眾多的慧星。緊隨其后，是原日的巖石圈碎裂，形成較大的和較小的碎塊，并由原木獲得碰撞初速度而具有要當(dāng)大的動(dòng)能。這些獲得動(dòng)能的大小不一的碎塊，首先在原日面發(fā)生摩控滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為自轉(zhuǎn)角動(dòng)能，脫離原日后，這些自轉(zhuǎn)角動(dòng)能繼續(xù)保持，成為今天各大行星及其衛(wèi)星的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能量的由來。考察今天九大行星赤道處的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)線速度自遠(yuǎn)（冥）而近（水）分別為0．3、18．6、19﹒1、10．2、12．6、0．25、0．47、0．02和0．03km/l。一般來說，由遠(yuǎn)至近有由大變小的明顯趨勢，這是由于它們所獲得的初速度，以及它們在日面作摩控運(yùn)動(dòng)時(shí)間及自身的質(zhì)量等幾方面綜合因素所決定的。如距太陽較遠(yuǎn)的海王星、天王星和土星，是較早被撞下來的殼層碎塊，它們在原木那里接受的碰撞動(dòng)能大，初速度高，在原日面作摩擦滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間長，所以自轉(zhuǎn)速度和脫離碰撞主體星原日的運(yùn)動(dòng)初速度高，所以處于外軌道，且自轉(zhuǎn)速度快。而火星、地球、金星及水星等，隨后相繼脫離碰撞主體星原日，原木所具有的沖擊動(dòng)能已相繼遞減。從原日面摩控滾動(dòng)的跑道已越來越短，而且膨脹的氣殼物質(zhì)已大量生成，阻力大增，所以，它們從原木那里獲得的動(dòng)能、初速度，以及自轉(zhuǎn)速度也相繼遞減。而冥王星是首先被撞下來的，為什么它的赤道處自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)線速度明顯較低呢？這是因?yàn)椋菚r(shí)的原日固態(tài)冰水殼層尚未來得及氣化，故摩擦系數(shù)小，因此，其赤道處自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)線速度也十分明顯地較低了。

天王星的姿態(tài)有些特別，它實(shí)際上是側(cè)臥著的，就象一個(gè)旋轉(zhuǎn)的陀螺一樣。它的這種運(yùn)動(dòng)姿態(tài)說明，原日面可能并不平坦，有高大的山體，在她獲得絕大部分自轉(zhuǎn)動(dòng)能，就要脫離原日面之時(shí)，在她的一側(cè)撞到山體，使她順過未脫離原日面，形在了她特別的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。她也有能量將山體撞離，為后來者開辟道路。

值得指出的是金星，它有與其它行星相反的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方向，它的自轉(zhuǎn)角動(dòng)能的獲得，有別于其它行星的成生方式。它不是從原日面滾動(dòng)，而是在原木面滾動(dòng)而獲得自轉(zhuǎn)動(dòng)能的。因?yàn)樗勤呄蛴谧詈笮纬傻男行牵?dāng)它生成的時(shí)候，原木（可能僅余下堅(jiān)實(shí)的核部）已經(jīng)深入原日殼層深部，僅露脊背，仍有相當(dāng)大的動(dòng)能，被原木掘下的（而不是撞下的）原日殼層塊——原始金星，在原木坦露的脊背上滾動(dòng)著獲得原木的動(dòng)能及自轉(zhuǎn)角動(dòng)能，以這樣的方式獲得的運(yùn)動(dòng)初速度，當(dāng)然遠(yuǎn)不及其它行星大，因此處于內(nèi)軌道，以這樣的方式獲得的自旋運(yùn)動(dòng)方向，當(dāng)然與其它行星的自旋方向相反，且能量較低，自轉(zhuǎn)周期很長，達(dá)243天逆向旋轉(zhuǎn)一周。

碰撞中，原木亦粉身碎骨，脫去外殼層，核部與原日作用，亦使自身的產(chǎn)分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為自轉(zhuǎn)角動(dòng)能，并以較大的殘余速度脫離原日，并超越水星、金星、地球及火星飛入外軌道，成為今天的木星。脫離碰撞現(xiàn)場的木星，伴隨大量的氣化物并裹攜大量的碰撞碎塊，在木星以殘余速度飛入軌道的途中，部分被拋撒于后，成為今天的小行星帶，未能掙脫木星引力場的，則成為木星的部分衛(wèi)星及木星環(huán)。

太陽也在這次碰撞事件中獲得自旋角動(dòng)能，所以，太陽也有自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且與行星自轉(zhuǎn)方向相同，碰撞中（伴隨氣化），赤道處的遭扭力最大，兩極最小，故至今太陽赤道處仍以25日一周的速度旋轉(zhuǎn)，而軸部則以35日一周的速度自轉(zhuǎn)，如是不考慮原日和原木原有的自轉(zhuǎn)角動(dòng)能，以及大量碰撞碎塊后來又被太陽及九大行星吸引而隕落，使自身自轉(zhuǎn)角動(dòng)能改變這些后期因素的影響，那么，太陽的自轉(zhuǎn)角動(dòng)能應(yīng)和九大行星及其衛(wèi)星的自轉(zhuǎn)角動(dòng)能相等，或要大些，因還有原木對其碰撞的推動(dòng)力這一重要的因素。

還應(yīng)該進(jìn)一步說明的是：為什么原木對原日的碰撞所產(chǎn)生的九大行星的運(yùn)行軌道不是長橢園形？這一問題也是可以說明白的。由于原木對原日的碰撞，大部分碰撞動(dòng)在碰撞中轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生了大量氣化物質(zhì)和塵粒，在碰撞中迅速膨脹，形成氣殼，這些隨碰撞而產(chǎn)生的迅速膨脹的氣殼，可能充斥了現(xiàn)今太陽系范圍的大片空間。因此，碰撞產(chǎn)生的行星原始胚胎在進(jìn)入運(yùn)行軌道的運(yùn)行過程中，受三項(xiàng)力的作用：第一項(xiàng)力是與原日球呈切線方向的運(yùn)動(dòng)慣性力，這是從原木那里獲得的，是行星進(jìn)入橢園形軌道運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿υ础Ｆ涠侨涨驅(qū)λ囊Γ隧?xiàng)力起初與慣性力呈90°交角，并隨行星以切線方向脫離日球后的逐漸遠(yuǎn)離而逐漸張大，使切線運(yùn)動(dòng)變?yōu)閽佄锞€方向運(yùn)動(dòng)。但這兩項(xiàng)力綜合作用下所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)軌跡只能是長橢園形軌道。因此，還有第三項(xiàng)力的作用。這第三項(xiàng)力就是伴隨碰撞作用而迅速膨脹起來的濃重的氣物質(zhì)及一其相伴的塵粒物質(zhì)對新行星的阻力。這第三項(xiàng)力的作用，使原先可能產(chǎn)生的長橢園形軌道變得近園形一些。而作為九大行星之一的冥王星的運(yùn)動(dòng)軌道則有所差移，較其它行星軌道要扁些，呈蛋形。這種差異是由于其首先被撞下，氣殼物質(zhì)尚未大量形成，所以，其被氣物質(zhì)的阻力作用的改造的時(shí)間和大小要短一些、小一些的原故。而那些較冥王星誕生更早的彗星的軌道，才真正是長橢園形的了。另外，原日在原木的碰撞下，也要產(chǎn)生向環(huán)繞中心方和的運(yùn)動(dòng)，亦為原因之一。

這些伴隨碰撞而膨脹起來的氣物質(zhì)后來又到哪里去了？它們一少部分被九大行星俘獲，成為今天九大行星的水殼層、氣殼層，一部分落回日球，而大部分則被日球的輻射壓吹走，逸散到星際空間去了。你只要仔細(xì)觀察一下，當(dāng)彗星靠近太陽的時(shí)候，總是拖著一條長長的尾巴，永遠(yuǎn)背向太陽，那正是太陽輻射壓的作用。

九大行星俘獲這些氣物質(zhì)的本領(lǐng)是不一樣的，質(zhì)量越大的行星引力越力，俘獲的氣物質(zhì)越多，越遠(yuǎn)離太陽的行星，引力半徑作用范圍也越大，所以能俘獲的氣物質(zhì)也越多。故遠(yuǎn)離太陽的質(zhì)量較大的行星均成為氣體巨人。我們的地球質(zhì)量恰好。離太陽不過錯(cuò)也不近，故俘獲了恰到好處的水物質(zhì)、氣物質(zhì)，在地球上便誕生了生命。而較地球稍近太陽一些的金星，雖有與地球相仿的質(zhì)量，也只能俘獲一些密度稍大的CO2，而更接近太陽的水星上就只有稀薄的大氣層了。

在天體碰撞事件中，伴隨著巨大的能量轉(zhuǎn)換和能量釋放過程，其一是動(dòng)能間的轉(zhuǎn)換，其二是動(dòng)能向熱能的轉(zhuǎn)換，其三是壓力勢能釋放引起的向熱能間的轉(zhuǎn)換。

動(dòng)能：

碰撞動(dòng)能的產(chǎn)生導(dǎo)源于兩天體的萬有引力作用，在萬有引力的作用下，兩天體均產(chǎn)生相向運(yùn)動(dòng)和加速a，a值等于GMR-2，通過微積分的運(yùn)算導(dǎo)出：兩天體相向運(yùn)動(dòng)的速度V的二次方冪與兩天體之間的距離R成反比，而與其質(zhì)量總和M成正比，即：V2=3GMR-1

這里G為萬有引力恒星。要確定兩天體的碰撞動(dòng)能，關(guān)鍵在于取何R值，即兩天體半徑之和。我們假定原日和原木具有現(xiàn)今太陽系的總質(zhì)量和木星的質(zhì)量，分別為2·1030kg、2·1027kg，有天狼伴星般的密度（即3．80·109km/m3），依此計(jì)算的結(jié)果是V=8529km/s，若視原木以8500km/s的速度撞向原日，則原木所具有的動(dòng)能為145·1039焦耳。此動(dòng)能在天體碰撞中，少部分轉(zhuǎn)換為太陽系成員的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)角動(dòng)能及環(huán)繞運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，而大部分則在天體碰撞中轉(zhuǎn)換為熱能。

壓力能：

固態(tài)天體內(nèi)部具有極高的壓力能是一個(gè)很少涉及的研究領(lǐng)域。以致許多天文現(xiàn)象得不到合理的解釋。我們知道，氣態(tài)物質(zhì)的壓力能可以用壓強(qiáng)P和體積V的乘積來表示，固態(tài)天體內(nèi)部的壓力能，同樣也可以用壓強(qiáng)P和體積V的乘積來表示，而單位質(zhì)量物質(zhì)所具有的壓力內(nèi)能值，則可以用壓強(qiáng)P除以密度D求得。

若原日那般質(zhì)量（2·1030kg）的天本坍縮為天狼伴星般平均密度的天體，內(nèi)部壓強(qiáng)和單位質(zhì)量所具有的壓力能值隨深度變化的情況是：

深度壓強(qiáng)值單位質(zhì)量壓力能值

4km8．09·1019pa2．12·1010J/kg

19km3．85·1020pa1．01·1011J/kg

100km2．04·1021pa5．38·1011J/kg

1009km2．68·1022pa7．05·1012J/kg

5000km2．36·1028pa6．2·1018J/kg

5008km（核）1．91·1030pa5．0·1020J/kg

這些儲(chǔ)存于天體內(nèi)部的壓力勢能，在特殊的條件下，可以直接轉(zhuǎn)換為熱能。其理論解釋是：構(gòu)成物質(zhì)的分子、離子，甚至構(gòu)成原子核的基本粒子，如質(zhì)子、中子，屈服于外部的壓力勢而收縮，這些在外部壓力的作用下而收縮的分子、離子，在外部壓力驟減時(shí)，由于壓力能的迅速釋放，使這些受壓迫而緊縮的分子、離子伸張而彈射出晶格，使物質(zhì)從固態(tài)熔融為液態(tài)，在壓務(wù)能的釋放值足夠大時(shí)，甚至可以使構(gòu)成原子核的基本粒子，如質(zhì)子、中子之類，從原子核中彈射出來，使原子核解體。太陽元素的形成，就經(jīng)過這樣的轉(zhuǎn)變過程。原日演化到高密度的黑矮星階段，在其物質(zhì)構(gòu)成中，已有大量的質(zhì)子和電子結(jié)合成為中子，使（核內(nèi)）中子數(shù)大大超過質(zhì)子數(shù)，并在內(nèi)部引力的作用下，坍縮成為極高密度的天體。當(dāng)原木對原日的碰撞，使原日面產(chǎn)生深達(dá)數(shù)百公里的輻射狀斷裂時(shí)，壓力能的釋放，顯然有能量使這些受壓迫而呈緊縮態(tài)的中子和質(zhì)子爆發(fā)，成為高達(dá)數(shù)千萬甚至上億攝氏度高溫的粒子流，從裂隙中噴射出來。中子單獨(dú)存在時(shí)不穩(wěn)定，平均約15．25秒鐘，即衰變?yōu)橘|(zhì)子和電子，并釋放能量。現(xiàn)今太陽上最豐富的地素是氫，其生成機(jī)理，大約就是這樣的。氫元素的大量生成，在了現(xiàn)今太陽上進(jìn)行熱核聚變反應(yīng)的原材料

這里，再以壓力能的釋放為線索，說明地球、月球的形成過程：

在說明地月形成過程之前，必須首行解放說明，原木和原日為具矮星態(tài)殼層結(jié)構(gòu)的天體，其殼層結(jié)構(gòu)為：外殼層為輕元素的原子核和自由電子的緊縮態(tài)殼層，內(nèi)殼層為較重元素的原子核和自由電子的緊縮態(tài)殼層，越向內(nèi)殼層原子核中的中子比例數(shù)越高。

原木對原日的碰撞，使含有原日不同殼層物質(zhì)的碎塊被撞下，成為地月的原始坯胎。原始地月坯自原木獲得碰撞動(dòng)能，首先在原日面摩擦滾動(dòng)，將自身部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為自轉(zhuǎn)角動(dòng)能，并將部分動(dòng)能由摩擦滾動(dòng)傳遞給日殼，使日殼亦產(chǎn)生自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)，即在內(nèi)部壓力的釋放過程中開始膨脹，隨膨脹，各原子核拉回屬于自己的電子，成為常態(tài)化學(xué)元素，這些不同的化元素又進(jìn)一步按電負(fù)性的不同，進(jìn)一步結(jié)合成為分子，從而完成矮星態(tài)物質(zhì)向常態(tài)物質(zhì)的過渡。當(dāng)?shù)卦屡魍暝谶@一物態(tài)上的轉(zhuǎn)變，并獲得相當(dāng)大的自轉(zhuǎn)角動(dòng)能就要脫離原日面之時(shí)，即成為化學(xué)成分不同的熔漿態(tài)，原外殼層成為花崗質(zhì)熔漿態(tài)，內(nèi)殼層成為基性熔漿態(tài)，由于原屬內(nèi)殼層的基性熔漿態(tài)一側(cè)內(nèi)能（壓力能和熱能）更高，壓力能轉(zhuǎn)換熱值高，所以形成的熔漿溫度更高，甚至可以出現(xiàn)部分高溫氣化態(tài)物質(zhì)，且基性熔漿較酸性熔漿具有更大的流動(dòng)性。因此，少部分基性熔解漿稍先脫離日面，成為新生的月球，稍后，熔融的新生地球也脫離母體，追隨新生的月球而去，雙雙飛入繞日運(yùn)行軌道。月球的自轉(zhuǎn)周期與繞地轉(zhuǎn)動(dòng)周期相等，都是27．32日，一面永遠(yuǎn)朝著地球，且其繞地轉(zhuǎn)動(dòng)方向和地球自球方向一致，好象地球的一部分一樣，且月球巖石是由玄武巖、輝長巖、蘇長巖一類的基性巖石組成，正說明了月球的這種成因。因此，月球和地球，是從一個(gè)胚胎中分裂而成的孿生兄弟。無獨(dú)有偶，冥王星及其衛(wèi)星，也是一對孿生兄弟。

這種太陽系新生成員的熔融狀態(tài)，從火衛(wèi)一和火衛(wèi)二的外部形態(tài)也可以看出，它倆的個(gè)頭不大，呈三軸橢球體狀，它們的這種形態(tài)說明，它們是以熔漿態(tài)，快速飛離原日的過程中就很快冷凝的。如果在進(jìn)入軌道后再緩慢冷卻，那就只能成為兩軸橢球體。甚至是正園球體了。它們的這種形態(tài)，同時(shí)也說明了在太陽系誕生之初，氣物質(zhì)對它們的阻力作用。

在太陽系的眾多衛(wèi)星當(dāng)中，也不乏逆行的衛(wèi)星，那是因?yàn)橛幸徊糠中l(wèi)星在誕生之初，亦以行星的姿態(tài)出現(xiàn)。在它們以后的統(tǒng)日運(yùn)動(dòng)過程中，被附近運(yùn)行的大行星體捕獲，因而成了大行星體的衛(wèi)星，由于輔獲方向的不同，產(chǎn)生了正向和逆向運(yùn)行的運(yùn)動(dòng)形式的區(qū)別。

至此，有關(guān)太陽系物質(zhì)的物質(zhì)起源，物質(zhì)存在狀態(tài)、物質(zhì)存在狀態(tài)間的聯(lián)系以及太陽系運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)業(yè)原理諸方面的問題都得到了合理的解釋。