太阳系

太阳系

行星数目：8

岩质行星：水星、金星、地球、火星

气态巨行星：木星、土星、天王星、海王星

矮行星数目：5或更多

卫星数目：169

太阳与海王星轨道的距离：30AU

太阳与奥尔特云边缘的距离：约100，000AU

中国有句谚语："千里之行，始于足下。”这句话非常贴切，我们的宇宙之旅也应该从我们的后院——太阳系开始。

太阳系的一切源于45亿年前宇宙中的一团巨大星云。而今天，我们看到的则是一些行星绕着一个再普通不过的恒星周而复始地运行。那么，这个巨大的星云是如何变成今天这个样子的？仔细观察我们熟悉的太阳系，这些问题的线索就在天体的运行规律中：行星的轨道几乎在一个平面上，所有行星的运行方向相同，距离太阳较近的行星都是质量较小的岩质行星，而距离太阳较远的行星都是气态巨行星。从18世纪开始，科学家们就开始致力于解释这些规律，其中贡献最大的就是法国物理学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯。

据拉普拉斯推测，重力会使一个星云产生一些和早期的太阳系类似的现象。在夜空中，这些像碎云一样的亮斑随处可见，我们很容易通过望远镜观测到。拉普拉斯提出了这些星云产生一个像太阳系一样的行星系统的过程，被称为“星云假说”。

要理解太阳系的形成，我们先来看看产生它的那团星云。和其他星云一样，早期的太阳系是由大爆炸不久后产生的元素——氢和氦，以及少量由大质量恒星合成的元素组成。现代天文学认为，超新星爆发时，附近的星云就会因为受到挤压而产生一些物质更为集中的区域。这些物质集中的区域由于具有更大的引力，使得附近的物质向中心聚集。

最终，长达数十光年的星云开始破裂，其中的一小团星云最终形成了我们的太阳系，它被称作“原太阳星云”。

冰与火

在原太阳星云形成之后，引力作用会影响整个恒星系统。当系统内部继续坍缩的时候，会发生两件重要的事情：其一，星云中大部分物质会向中心聚集，最终形成一颗叫作太阳的恒星;其二，当物质向中心集中的时候，其转速也将加快，就像滑冰运动员收起手臂的时候，转速会加快一样。

在这种情况下，系统内部各种力的作用——引力、压力、离心力甚至磁场作用力都在发生变化。这种变化使得没有被吸入初生太阳的物质变得扁平，并开始围绕太阳旋转。当整个系统最终形成圆盘的时候，太阳系的雏形便诞生了。

之后，太阳的温度开始升高。在火星和木星轨道之间，其温度高到挥发性物质如水、甲烷等无法以固态形式存在。在这个区域以外，这些挥发性物质以固态形式存在，科学家们称两个区域的分界线为“雪线”。所以，距离太阳较近的行星被称为“类地行星”，而距离太阳较远的行星被称为“类木行星”。

我们将目光投向类地行星。由于引力和能量的共同作用，内太阳系（太阳系中，太阳和小行星带之间的区域）的挥发性物质几乎全部逸散，行星由铁、镍、硅酸盐石等高熔点物质组成。当这些物质围绕太阳运行的时候，它们相互碰撞、挤压，逐渐形成了从石头到山脉大小的岩石，被称为“星子”。这些星子最终聚集在一起，形成了行星。

直至20世纪90年代，人们普遍认为行星自形成以来就与现在的轨道和状态相差无几。然而，计算机模拟的结果告诉我们这个模型的偏差，其结果令人惊讶。计算结果表明，内太阳系有数十个月球大小的星体“胚胎”环绕太阳。就像一场不可思议的台球比赛一样，星体的“胚胎”互相撞击、融合，有的发生碎裂，有的小块脱离太阳系。

这场内太阳系的“台球比赛”结束之后，内太阳系仅剩四颗行星——水星、金星、地球和火星，就像我们现在看到的那样。

巨行星

与此同时，“雪线”以外是另一片景象。與类地行星相比，外太阳系的星子生长得更快。巨大的质量使得行星吸引周围更多的氢和氦。这些行星成了所谓的气态巨行星，特别是木星和土星，它们是太阳系内最大的两个行星。而形成时间更晚的天王星和海王星体积较小，与木星、土星拥有的化学组分不同，在它们各自的轨道上运行，靠引力维持着各自的形状。

此外，我们的模型告诉我们，木星是在现在的小行星带的外缘形成的。木星、土星和行星盘中剩余物质之间的一系列复杂的引力相互作用，使天文学家称之为“大迁徙”的事件发生。

大迁徙开始于木星向内迁移到现在的地球轨道和火星轨道之间。在迁移过程中，新生的行星开始向行星盘上抛射物质，将一部分物质抛出太阳系，一部分物质推入太阳。木星和土星（轨道向内移动）之间的引力使得巨行星迁移方向发生了逆转，并最终向外移动到了今天的位置。

这次迁徙导致的另一个结果是，海王星的轨道被推向外侧，像保龄球一样冲进了原行星盘的残余部分。那时，行星盘只延伸到现在天王星的轨道上，而当行星迁徙结束后，这些星子被清理到了现在的冥王星轨道之外。

大迁徙能够解释内太阳系的几个特征。比如说，为什么火星的质量比地球和金星小得多？因为巨行星从火星轨道附近取走了非常多的物质。这也可以证明为什么现在小行星带上的物质如此少。

这些物质迁徙的结果是在数亿年的时间内，内太阳系的每一个天体都曾经遭受过严重的撞击。科学家们将其称为“晚期重轰击”。时至今日，我们还可以在没有大气的水星和月球上面看到撞击的痕迹。

无论如何，在过去的数十年中，天文学家逐渐弄清了早期太阳系并不是像拉普拉斯想象的那样平静地逐渐坍缩。但一旦内部激烈的碰撞结束，太阳系就成了一个井然有序，可以预测其走向的地方，这也是我们开始迈出宇宙旅行的第一步。

火星

与太阳的平均距离：227，900，000千米

近日点：206，620，000千米

远日点：249，230，000千米

公转周期：687日

平均公转速度：24.1千米/秒

平均温度：-65Oc

自转周期：24.6小时

赤道直径：6，972千米

已知天然卫星：2颗

最大卫星：火卫一、火卫二

带内行星

质量较小的岩质行星组成了内太阳系。这些行星都有此生大气（在这些行星形成之后产生），但是水星上几乎检测不到。在水星和月球上都有早期撞击产生的陨石坑，而地球和金星上早期活动的痕迹已经被气候、火山和板块运动磨平了。

地球

与太阳的平均距离：149，600，000千米

近日点：147，090，000千米

远日点：152，100，000千米

公转周期：365.26日

平均公转速度：29.8千米/秒

平均温度：15OC

自转周期：23.9小时

赤道直径：12，756千米

已知天然卫星：1颗

最大卫星：月球

（本栏目内容选自《太空全书》（第2版），由北京紫图图书有限公司出品）