地球從哪裡來？

地球從哪裡來？

在對大自然的探索過程中，人們經常問地球是從哪裡來的？這不僅是地球科學的一個基本問題，也是自然科學的基本問題之一。這個問題涉及到太陽系的起源，並可追溯到1644年法國數學家笛卡爾(R. Descartes)在《哲學原理》提出的渦旋學說。笛卡爾認為：初始混沌的宇宙中物質微粒獲得了渦旋運動，繼而形成了太陽、地球、行星和衛星。1745年，受到動物界規律的影響，法國動物學家布峰(G. L. Buffon)提出了激變說。他認為一顆彗星撞到太陽上，撞出的一部分物質形成了行星。1755年德國哲學家康德(I. Kant)在其《自然通史和天體論》中提出了漸變說，即太陽系是由一個統一的系統漸漸演化而成。1796年法國著名數學家和力學家拉普拉斯(P. Laplace)提出了版本不同的逐漸演化的漸變說。後來圍繞激變說和漸變說引起了很多爭論，加以完善並形成了不同的版本。

任何假說都是為了解釋觀測事實而提出的，必然也受到觀測事實的檢驗。地球起源假說也需要受到太陽系目前的運行方式、運行軌道半徑及形狀，以及演變中的物理規律約束。

戴文賽星雲假說

南京大學天文系戴文賽教授繼承發展了康德和拉普拉斯的星雲假說，較全面系統地論述和完善了太陽系各個特徵的來源，稱為新星雲假說（戴文賽，1979），主要包括原始星雲--星雲盤--沉層--星子--行星等幾個階段。

（1）原始星云：原始星雲是由一塊星際雲塌縮並瓦解而成。星際雲的塌縮需要考慮膨脹能量和收縮能量的平衡，得到星際雲自吸收塌縮條件。當星際雲塌縮到一定程度，內部會發生不穩定情況，出現擾動會造成渦流，將星際雲瓦解成上千個小星雲，其中之一為太陽系前身—原始星雲。

（2）星雲盤的形成：原始星雲繼續塌縮，半徑逐漸縮小，因角動量守恆，造成自轉速度增大，慣性離心力的作用導致赤道面的外緣增厚，形成中間薄邊緣厚的星雲盤，盤的中心形成原始太陽。

（3）沉層的形成：星雲盤中的塵粒跟氣體一起繞太陽轉動，同時也做布朗運動，彼此發生碰撞，吸積結合成顆粒，並在引力作用下克服氣體阻力向赤道沉降，逐漸形成沉層。

（4）星子的形成：沉層的物質密度足夠大時，局部擾動導致引力不穩定，使沉層瓦解為許多物質團。物質團的密度超過自吸引塌縮的羅奇密度（物質塌縮的臨界密度）時，就可以塌縮聚集為固體塊，這就是星子。

（5）行星（胎）的形成：初始星子除繞太陽作開普勒運動外，還有隨機運動。大量星子軌道是雜亂無章的，因而頻繁相遇碰撞，發生結合或者破碎，前者形成更大星子，後者成為更小星子。大星子引力強，能有效吸積周圍物質和小星子，形成更大的星子，而小星子引力較弱，生長緩慢，且容易被周圍大星子所吸積。這樣就會出現「大魚吃小魚，小魚吃蝦米」的效應。較大星子因為自身引力強，由碰撞吸積為主逐漸過渡到引力吸積為主。從而物質不斷吸積到大星子上，使其生長更快、更大，最大星子形成行星胎，最後經過自身演化成為行星。

星雲假說的檢驗

上述假說要受到行星軌道運動的檢驗。我們目前觀測到的太陽系的行星的軌道運動具有同向性（即行星公轉方向與太陽自轉方向一致）、共面性（行星公轉軌道的傾角彼此相差很小，即大體在一個平面內）、近圓性（軌道為近似於圓形的偏心率很小的橢圓）。對於同向性，是所有行星由同一自轉的原始星雲形成的必然結果；對於共面性和近圓性，同一沉層瓦解的眾多星子通過碰撞和引力吸積聚集成行星時，軌道偏心率和傾角應該有較好的平均化程度。另外對行星軌道半徑研究的一個重要結果是發現相鄰行星的半長軸之比為1.69±0.26（被稱為波特定則），這方面戴文賽先生做了計算，能夠很好吻合。

概括地說，一個冷的、自轉的原始星雲因自吸引而收縮，中部形成太陽，外部形成星雲盤，凝聚的固體顆粒沉降到星雲盤中部（赤道面）形成沉層。當沉層物質密度足夠大時，可以發生引力不穩定而瓦解為許多物質團。這些物質團聚集為星子，星子又吸積聚集成行星。這就是太陽系形成的一般輪廓，也是各個行星形成的共性。

有道是：

開天闢地一星雲，地球孕育在其中；

星雲旋轉成盤狀，沉向赤道密度增；

局部擾動星四射，撞擊聚集成行星；

軌道同向共面圓，行星位置波特定。

註解：第一句說明太陽系演變自原始星雲，第二句說明星雲盤和沉層的形成；第三句說明星子和行星的形成，第四句為對行星運轉軌道的同向性、共面性和近圓性以及波特定則所確定的行星所在位置的解釋。

CGI-KP2018013

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