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太阳系的构成和起源
地球科学原理,顾名思义,是有关地球起源、演化、构造运动、能量流等方面的基本原理。地球科学原理重点解决地球演化动力学,即认识地球为什么区别于其它行星,从古到今,能演化到现在的主要动力,及地球将来的演化趋势,为人类认识地球、了解地球、及将来控制地球服务。
地球是太阳系的一颗行星,为了很好地了解地球,我们先来认识太阳系的构成和起源。
1 太阳系的构成
太阳系拥有1颗恒星、8颗行星、大量卫星和一些小行星、慧星、陨星及星际物质等。太阳系位于银河系的旋臂上,以大约两亿年的周期绕银河系的中心旋转。太阳系的最外以冥王星的轨道为边界,×1010km,合79个天文单位(一个天文单位为日地距离,×108km)。
太阳系的中心是太阳,一颗炽热的恒星。太阳的内部温度达到10×106K~15×106K,其能源来自内部的热核反应。组成太阳的物质主要是氢(约70%)和氦(27%),%左右。太阳的最外部是由日冕组成的太阳大气,从日冕中升起的粒子流构成了太阳风向宇宙空间辐射,并带走了太阳热核反应的大部分能量。%,行星的质量在太阳系中可以说是微不足道的。不可思议的是,太阳的转动惯量和它所具有的质量却很不相称,只占太阳系总转动惯量的2%。
太阳系的行星可以分为两大类:类地行星和类木行星。靠近太阳的4颗行星(水星、金星、地球和火星)与地球大小、物质组成和内部结构等方面都很相似,故称为类地行星,又称内行星;太阳系靠外的除了冥王星以外的四颗行星(木星、土星、天王星和海王星),由于与木星的性质相近,称为类木行星,又称为外行星。
2 太阳系起源的假说
太阳系的起源问题存在着很多未知数,从18世纪起,先后出现的各种太阳系起源的假说至少有几十种,随着近30年来科学技术的飞速发展,关于太阳系起源的问题才得到一些共识。
灾变假说
法国科学家布丰(G. Buffon)于18世纪中期提出一个假说,认为行星的形成是由于太阳遭到了另一个大天体强烈的撞击,他认为这个天体可能是慧星。这是第一个关于太阳系形成的灾变假说,其后这类假说还多次提出过,直到本世纪初还有人提出,但每次都以不成功而告终。不成功是由两个方法学的缺乏所造成的:把太阳的起源和行星的起源割裂开了,而所有的特征(化学组成,更主要的是同位素组成、年龄、%等事实)都表明它们有共同的起源;给行星的形成以偶然性,而不认为是一个有规律的过程。
康德-拉普拉斯假说
德国学者康德(I. Kant)于1775年提出的假说更具有科学意义。康德坚决与以往的宗教说法决裂,他勇取地声明:“请给我物质,我给你们看宇宙是如何从物质组成的”。康德假说的前提是,充满宇宙的物质最初以元素质点的形式均匀分布于空间之中,然后,在万有引力的作用下开始形成物质凝聚的中心,中心之一就是太阳;同时物质开始了旋转运动。继而,环绕太阳运动的尘埃云组成了行星。完善并给康德假说以数学基础的功绩属于法国的数学家拉普拉斯(P. S. Laplace, 1796)。因此,这个假说在后来被称为康德-拉普拉斯假说。按拉普拉斯的说法,最初存在着处于万有引力作用下旋转着的和收缩着的气状星云(在此以前不久,赫歇耳(W. Herschel)发现了这种星云),