大爆炸宇宙通史-完全版-第12部分

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」芩闹本�2320千米比月球还小。除冥王星之外的第一个柯伊伯带天体是在1992年发现的，目前已经知道有数百个。现在冥王星被认为是这类天体中最大的一个，而非真正的大行星。离太阳更远的地方也有零星的环绕太阳的天体。在这片昏暗的地方，至少有两个天体Quaoar和Sedna的大小与冥王星相当。

以上这些概况基本正确，但故事并未到此为止。当气体巨行星在圆盘中部（就像木星在太阳系中的位置）形成后，物质会被行星所扫清，从而在圆盘中形成空隙。我们可以观察到正在进行的这种过程。在围绕一些年轻恒星的圆盘中已经探测到了空隙。在这种情况下，行星和圆盘之间产生一种竞争，行星的引力将物质从圆盘中吸出，累积到行星身上；而圆盘则把物质向回拉。净效应是行星受到阻尼力进而损失能量，并向内侧朝着中心星盘旋过去。

一旦一颗巨行星开始向内侧移动就很难停止。要创造一种理论既允许这些行星移动到正在形成的太阳系的内侧，又防止它们落入到太阳之中的残酷结局，是一个巨大的挑战。有人提出在某些情况下这正是曾经发生的事情，而我们只是看到了在已经形成并向内侧运动直至毁灭的一长串行星中的最近的几个。但有希望的是，最近的研究已经表明巨行星最终有可能战胜圆盘，捕获周围所有的物质而避免进一步的拖曳。这时转移就会停止，巨行星找到了永久的归宿。

我们的太阳系似乎已经逃离了被一颗大行星犁过圆盘内侧造成的混乱时期，但这并不意味着所有东西从一开始就都是稳定的。也许一个后继的木星大小的行星会形成并向内侧运动，掉入太阳之中并毁灭。不论这些行星是否存在，最终都会形成两个大的物质团块，它们大到其引力足以捕获氢气，而两个团块将迅速增大质量形成木星和土星（土星最明显的特征：土星环，只可能在最近100万年前后生成，可能是因为一颗卫星在一次猛烈的撞击中破碎。因为固有的不稳定，它们只能再维持100万年。我们能够欣赏到这样的美景的确十分幸运）。

在原土星附近，同时还会有另两个团块从圆盘中凝结出来。它们小很多，所以虽然能够捕获气体，但速度要慢得多。天王星和海王星两颗大行星将从这些团块中形成。它们刚好在区分岩质行星和气态行星的临界质量之上，最初这些行星距离太阳要比现在近得多。但在木星引力以及与圆盘的相互作用的共同影响下它们逐渐向外移动到现在的位置上。这产生了戏剧般的效果。圆盘外所剩余的大部分物质过于寒冷又不足以聚集成行星大小的团块，又因为过于靠近天王星或海王星而被抛出了它稳定的轨道。它们大部分终老在太阳系最为遥远的地方，现在我们称之为奥尔特云。这是离最近的恒星都相当远的储存有巨量物质的地方，而且远离行星破坏性的引力效应的影响。

偶尔地，奥尔特云内的物质会被奥尔特云天体自己的相互作用或一颗经过的恒星所扰动，被投入了内太阳系。于是我们看到了流浪者般的彗星，在太阳的照耀下挥发出它们的冰态物质。这类事情现在比较少见，但在我们的故事正在讲述的这个时代，由于天王星和海王星对物质向内的牵引，这种现象经常发生。从月球上环形山的记录可以发现这个“大轰炸”的踪迹，显示出内太阳系曾经被大量小天体撞击。它们亦曾撞击过地球，但其痕迹早已被掩盖住了。

正文　今日太阳系

2010…1…28　21：15：13　本章字数：1190

今日太阳系

最不可能的事就是我们的太阳系是独特的，但它确实是相当不平常。所以让我们再仔细地考察一下。除了行星和小行星大小的天体，还有被称作“脏雪球”的彗星。彗星真正实在的部分是它的核，由混有碎砾的冰雪构成。当彗星靠近太阳时，冰蒸发形成彗头，通常还带有一条长尾巴或几条尾巴。也会有尘埃粒子实际上是彗星碎片闯入地球上层大气时在海拔65千米高处燃烧形成流星。

大些的天体可能会完整掉落地面形成撞击坑，这就是陨星。应该注意陨星并不简简单单地等同于大的流星。这两类天体相当不同。陨星是从小行星带被逐出的天体，与彗星没有直接联系。

行星围绕太阳运动的轨道与一个圆形差不多，而大多数彗星则在一个非常偏心的轨道上运动。行星公转周期的范围从水星的68天到海王星的接近165年。正如我们看到的，行星是在环绕年轻太阳的扁平物质圆盘中形成的，所以它们的轨道倾角都很接近。这也适用于柯伊伯带天体和彗星的情况。

最着名的彗星当然就是哈雷彗星，它将于2061年再次回归。现在它过于暗淡无法看到，但无疑在下一次过近日点（距离太阳最近的位置）之前很早就会被找到。偶尔能够看到的超明亮的彗星周期要长得多，有些显然能够亮到产生影子的程度，尽管我们这代人还没有看到。最后，太阳系中还包含大量的行星际尘埃。

在4个内行星中，地球和金星的个头相似。尽管在大小和质量上像孪生子，但它们是完全不同的。金星有一个主要由二氧化碳构成的非常浓密的大气层，在云朵中饱含硫酸，它的表面温度有500℃。地球类型的生命看来完全不可能存在。最里面的行星水星则过小，无法保持住可以观测到的大气。在地球轨道之外是火星，已经有很多宇宙飞船被发送到那里，而且已经有计划发射载人飞船，尽管这还是相当遥远的未来的事情。

很明显，那些巨行星和较小的内行星完全不同。它们在离太阳较远的距离上形成，故而得以保留较轻的气体最明显的是氢。木星和土星确定具有一个高温的硅酸盐的核，并被一层液氢所包围，在其上是我们看到的大气。天王星和海王星则不同。它们更适于用冰巨行星而非气态巨行星来描述。木星质量比其他行星的质量总和还大，所以有一种说法叫做太阳系只不过是由太阳、木星和各式各样的混杂的碎片组成。

在行星的卫星中，我们的月亮比较独特。因为它是唯一由较小的行星所拥有的大卫星。其余的，木星有4颗大的卫星和很多较小的卫星。土星有一颗大的随从土卫六提坦，和许多中等和小型的卫星。天王星有5颗普通大小的卫星，海王星有海卫一（Triton）和一群小卫星。所有卫星中，只它有提坦有较稠密的大气。火星有两个小月亮，火卫一（Phobos）和火卫二（Deimos），是它很久以前捕获的游离的小行星。大行星中只有水星和金星是宇宙中的独行侠。

正文　岩质行星

2010…1…28　21：15：15　本章字数：846

岩质行星

如果气态巨行星向内侧的迁移是很平常的话，我们探测到岩质的类地行星的机会将大大减少。即使它们在某个太阳系的历史早期形成，也很容易因一个木星大小的行星从附近经过而被带离轨道或者破坏掉。地球的存在似乎取决于木星保持在了它所形成的位置上，其原因尚不清楚。实际上在我们写这本书时，在大多数探测到的太阳系中，在我们预计存在岩质“地球”的位置上是一个气态巨行星。应当承认我们的技术有利于探测离恒星较近的大型行星。而进一步观测可能说明我们的太阳系终究一点也不特殊。这是一个基础问题，我们在接下来的10年中将有能力解答这一问题，直接寻找其他“地球”的任务已经在计划中。

有些时候观测者从地球上可以幸运地看到一颗行星从它所环绕的恒星前面横穿而过。在我们自己的太阳系中可以看到水星凌日和更为罕见的金星凌日。最近一次金星凌日发生在2004年，下一次在2012年。在此后要经过一个多世纪才会发生另一组2次凌日。那些太阳系外行星所绕转的恒星都很遥远，我们无法看出视面。所以当行星从恒星前经过时，它会将恒星的光部分地遮挡住，这样我们所观察到的是恒星的亮度略微变暗。这种方法可以实现大尺度的巡查，每晚可以观测成千上万颗星。而亮度上任何可疑的小下降都会被跟踪。这类天文观测将不再纯粹是职业天文学家的工作，这种行星环绕恒星的迹象也能被业余天文学家捕捉到。实际上令人兴奋的是，业余天文学家们已经因为共同发现了一些太阳系外行星而建立了声誉。

现在我们已经知道了170多个环绕其他恒星的太阳系外行星，几乎所有都是通过各种间接方法发现的。其中最成功的方法涉及探测行星的母恒星而非行星自身。尽管就像在我们太阳系中那样，太阳包含了多于99％的总质量，中央恒星的质量比行星大得多，但行星对恒星的引力作用仍会产生效应，使恒星在空间中的运动发生摇摆。这个摇摆虽极为微小，但通过仔细的观测仍能测量出来。通过这种方式可以确定行星的存在。而行星的质量越大，摇摆就越大。

正文　暗棕矮星

2010…1…28　21：15：16　本章字数：716

暗棕矮星

即便最冷的棕矮星也和一颗行星有本质的区别。一颗真正的恒星的质量必须至少为太阳的8％，即木星质量的75倍。低于此值则无法引发核反应，因为核心的温度不够高。由于棕矮星如此暗淡不易发现，因此直到1995年才作出了第一个证认。但现在已经确认了许多。大部分都与普通恒星相关联，可能因为这比孤立的矮星更容易被发现。现在已知最暗的棕矮星是Gliese570D，距离19光年。它的表面温度仅为480℃，只比日常用的炉子的温度略高。它环绕一个三合星系统运动，其直径大致与木星相当，但质量要大50倍。过重的质量使之难以被归类为行星；另一方面，它也无法被归于真正的恒星类，因为在大气中发现了锂的踪迹，而锂是无法在普通恒星的温度下存在的，它会被分解。矮星至少会发光，尽管很微弱。而行星则完全依赖于反射其主恒星的光芒。

有一族孤立的棕矮星不与任何恒星相关联，它们可能数量众多，但其起源尚存争议。这些孤立的天体也曾被称为“流浪行星”，经由引力作用被抛出了它们所形成于其中的系统，但似乎这种方式并不能产生所需的足够数量。

持续增长的太阳系外行星的清单，使我们愈发确信类地行星在宇宙星系中是很平常的，至少在单恒星附近是这样。对于双星系统，一颗小的行星难于维持很长时间不被抛出去，然而我们至少知道一个例外，就是在一个三合星系统中探测到了一颗大型行星在围绕着一颗类日恒星运动。

这些奇特而美妙的行星系统世界是多么地迷人，而我们显然对一种特定类型的太阳系包含一颗小型岩质而湿润的行星的太阳系含有特别的兴趣。现在让我们把焦点集中到新近形成的我们自己的行星地球上。

正文　章序

2010…1…28　21：15：18　本章字数：234

第五章　　　生命的诞生　　　大爆炸后92亿年到现在

大约在46亿年前，地球诞生了，此时它处于熔融状态。在它的表面还没冷却下来的时候，发生了一件猛烈的事件，月球因之而生。目前被广泛接受的理论认为，这是源起于一次超级大碰撞：一个大小很可能与火星相似的星体和地球的碰撞。两个星球并合在了一起，四散的碎片残骸形成了月球。月球的密度比地球低的事实表明，这两个天体的实际核心并没有卷入到月球形成的过程中去，而是合并成了地球现在的核心。

正文　月球的角色

2010…1…28　21：15：20　本章字数：941

月球的角色

我们的月亮看上去是独一无二的，而且在地球生命的演化过程中扮演着举足轻重的角色。月球使得地球的自转轴倾角（现在是23。5度）稳定下来，使它的变化不超过1度。如果没有月亮，这个倾角将发生显着改变，地球上的气候环境也将大不一样。与没有类似的天然卫星的火星（它的两颗卫星：福博斯和德莫斯都太小了，它们的影响几乎可以忽略不计）相比，由于没有这种稳定力的作用，火星的自转轴以大约100000年的周期在11度到35度之间变化。生命的演化依赖于长期稳定的气候。如果地球的自转轴在较短的时间内发生剧烈变化，这种稳定性将丧失，我们所熟悉的生命就不会演化出来。看来我们要向月球表示由衷的感谢，正是它使我们的存在成为可能。

月球对地球造成的最明显的影响是潮汐现象。潮汐摩擦使得地球的自转变慢，而且这个过程至今仍在持续。它导致的另一个重要的结果是使得地球和月球之间的距离变大，它们间的距离每年增大4厘米。

不难想象，地球也对月球产生类似的效应，而且地球的质量是月球的80倍，因此它的影响应该更大。很久以前，月球的自转就因为潮汐摩擦而变慢，直到变成被“俘获”的状态，或称