太阳起源与演化

1、太阳起源与演化太阳起源与演化江江 发发 世世2015 年年 8 月月目目 录录1. 恒星起源与演化恒星起源与演化 .51.1 恒星定义.51.2 恒星的传统分类.5 光谱分类.5依据光度与温度的比较图.6依据恒星的稳定性.6依据恒星体积与质量.61.3 本文的恒星分类.6依据恒星与其他星球的关系以及运动情况.6依据恒星成因或起源.6依据恒星结构.6依据温度.6依据寿命.71.4恒星的物质组成.7宇宙中的物质 .7传统理论的恒星物质及宇宙结局 .7恒星的物质组成 .71.5恒星的热量.71.6星球爆炸.71.7恒星起源.81.8恒星演化.8孤星型恒星演化.8主星型恒星演化.8从属型恒星演化.8伴

2、星型恒星起演化和混合型恒星起演化.92.星系星系.92.1星系及分类.9哈勃星系分类 .9本文的星系分类 .102.2. 太阳系特征.11星球轨道形状特征 .11星球公转方向特征 .12星球自转方向特征 .12星球分布特征 .12星球运动姿势特征 .12太阳系内星系特征 .122.3. 模拟试验.12试验一.12 试验二.13 试验三.14 试验四.14 人造地球卫星的轨道.15 嫦娥二号的轨道.152.4太阳系起源.15绕太阳公转轨道形状的成因 .15太阳各纬度都有星球分布的成因 .16行星集中在太阳赤道附近的成因 .16星球直立、倾斜和躺在轨道运行的成因 .16星球公转反向（如哈雷彗星）的

3、成因 .16星球自转反向的成因 .16行星系的成因 .172.5太阳系成因假说简介.17 布封学说.17 张伯伦学说.17 谢伊学说.17 阿亨尼学说.17 毕克顿学说.17 罗素学说.18 魏扎克学说.18 费森柯夫学说.18 伯克兰学说.18 麦克雷学说.18 瓦尔科维奇学说.18 布郎学说.18 米特拉学说.18 康德和拉普拉斯学说.192.6传统太阳系起源学说分类.192.7本文观点与传统捕获说的区别.203.地球起源与演化地球起源与演化.203.1地球曾经是恒星.203.2 地球的圈层状结构.203.3地球的火山活动.213.4 地球起源.223.5地球演化.22 地球形成时期【始古

4、宙（宇） 】.23地壳形成时期【太古宙（宇） 】 .24进入太阳系前时期【元古宙（宇） 】 .24进入太阳系时期【显生宙（宇） 】 .24地月系形成时期【中生 代（界） 】 .26新生时期【新生代（界） 】 .263.6地球的内球运动.26地球的内球运动 .26地球的内球或地核不在地球中心 .26地球的内球或地核转动比外球快 .273.7地球的外球运动.27地球南北半球的受力情况 .27地球的晃动 .284.太阳起源与演化太阳起源与演化.284.1太阳结构.29太阳的外部圈层大气层.29太阳内部圈层实体球.324.2太阳起源.334.3太阳热量来源.334.4太阳演化.331. 恒星起源与演化

5、恒星起源与演化太阳是一颗恒星，为了探讨其起源与演化，先对恒星进行探讨。1.1 恒星定义恒星定义在宇宙中能自身发光和热的星球叫做恒星。另外，有的另外，有的观观点点认为认为： ：恒星是由非固态、液态、气态的第四态等离子体组成的，是能自己发光的球状或类球状天体。恒星是由炽热气体组成的,能自己发光的球状或类球状天体。恒星是由炽热等离子体组成的，是能自己发光放热的球状或类球状天体。1.2 恒星的传统分类恒星的传统分类现在普遍认可的恒星分类是光谱分类。依据恒星光谱中的某些特征与谱线和谱带，以及这些谱线和谱带的相对强度，同时也考虑连续谱的能量分布，将恒星划分为以下大类型。O O 型型蓝白色恒星蓝白色恒星紫外

6、连续谱强。有电离氦，中性氦和氢线。二次电离碳、氮、氧线较弱。如猎户座(中名伐三)。B B 型型蓝白色恒星蓝白色恒星氢线强，中性氦线明显，无电离氦线，但有电离碳、氮、氧和二次电离硅线。如大熊座 (中名摇光)。A A 型型白色恒星白色恒星氢线极强，氦线消失，出现电离镁和电离钙线。如天琴座 (中名织女一)。F F 型型黄白色恒星黄白色恒星氢线强，但比 A 型弱。电离钙线大大增强变宽，出现许多金属线。如仙后座 (中名王良一)。G G 型型黄色恒星黄色恒星氢线变弱，金属线增强，电离钙线很强很宽。如太阳、天龙座 (中名天棓三)。K K 型型橙色恒星橙色恒星氢线弱，金属线比 G 型中强得多。如金牛座 (中名

7、毕宿五)。MM 型型红色恒星红色恒星氧化钛分子带最突出，金属线仍强，氢线很弱。R R 和和 N N 型型橙到红色恒星橙到红色恒星光谱同 K 和 M 型相似，但增加了很强的碳和氰的分子带。后来把它们合称为碳星，记为 C。如双鱼座 19 号星。S S 型型红色恒星红色恒星光谱同 M 型相似，但增加了强的氧化锆分子带，常有氢发射线。如双子座 R。依据恒星在赫罗图的位置，将恒星划分为：白矮星、主序星、巨星、超巨星等。划分为稳定恒星和不稳定恒星。划分为小型恒星、中型恒星、大型恒星、超大型恒星。1.3 本文的恒星分类本文的恒星分类将恒星划分以下类型：孤星型恒星孤星型恒星孤星型恒星在宇宙空间孤立存在，不在星

8、系中，没有与其它星球形成关系。该类型恒星在宇宙中一般呈直线运动。其形态为球形和非球形。主星型恒星主星型恒星这类恒星捕获小质量天体形成绕其旋转的星系，恒星位于中心是主星，其它小质量天体如行星彗星等绕其旋转是从星。在宇宙中一般呈直线运动。形态为球形和非球形。从属型恒星从属型恒星这类恒星绕大质量天体进行转动，没有小质量天体绕其旋转。该类型恒星存在公转和自转，其运动轨道为圆形、近圆形和椭圆形，其形态为球形或近球形。伴星型恒星伴星型恒星这类恒星与大质量体星球形成相互绕转，形成伴星关系。伴星间围绕共同质点公转，存在自转和公转，其形态为球形或近球形。混合型恒星混合型恒星这类恒星绕大质量天体进行转动，同时有小

9、质量天体绕其旋转或有伴星。存在公转和自转，其形态为球形或近球形。如太阳。划分为碎块型恒星、凝聚型恒星、捕获型恒星。划分为简单型恒星即非圈层状结构恒星、复杂型恒星即圈层状结构恒星。划分为低温型恒星、中低温型恒星、中温型恒星、中高温型恒星、高温型恒星。划分为短命型恒星、长命型恒星。1.4 恒星的物质组成恒星的物质组成宇宙中的物质宇宙中的物质组成恒星的物质肯定是宇宙中存在的物质。在宇宙空间中存在的物质有：各种粒子、气、液、固态等物质。人类不能到达恒星，对其物质组成只能通过间接方法获取，如光谱方法、各种观测等。离人类最近的恒星是太阳，通过光谱检测，而且这些检测或观测只是太阳大气层底层的光球层，发现太阳

10、光球层存在 70 多种元素，这些元素在地球上也存在。太阳表面的物质是以粒子、气态状态存在。太阳表面以下的物质是什么不清楚，只能假设。传统理论的恒星物质及宇宙结局传统理论的恒星物质及宇宙结局传统理论认为恒星是由气态即氢凝聚形成的。问题是：氢是哪里来的？氢核聚变为氦产生热量，如果氢没有了，恒星就不存在了，宇宙将是一片黑暗和寒冷。1.4.31.4.3恒星的物质组成恒星的物质组成恒星是宇宙中的一种星球，只是它发光发热而和其它星球不同。恒星的物质组成一定是宇宙中存在的物质，即恒星是由粒子、气态、液态和固态等物质组成。1.5恒星的热量恒星的热量恒星由以下热量来源：、原始热量。是恒星形成时星球本身所具有的热

11、量。、反应热量。是恒星形成后各种物质反应所产生的热量。、捕获热量或叫外来热量。是恒星形成后，恒星吸收宇宙热量和捕获宇宙物质所产生的热量。所有恒星都在向宇宙辐射热量，所有恒星也在吸收宇宙的辐射热量。所有恒星都在向宇宙辐射热量，所有恒星也在吸收宇宙的辐射热量。、引力热量。恒星形成后，恒星与其它星球形成星系产生绕转运动，在恒星内部和外部形成潮汐作用而产生的热量。1.6星球爆炸星球爆炸通过引力，小的天体发展成大的天体。爆炸、喷发、辐射等，大的天体变为小的天体。宇宙中星球的爆炸主要有两种方式：其一，碰撞爆炸。星球碰撞所发生的爆炸，只是星球本身的物质向四周飞射，物质的温度（除碰撞时产生的热量外）是星球原来

12、的温度，其爆炸后的物质是碰撞星球原来的物质。主要是以碎块形式散射宇宙中。其二，核爆炸。星球因引力收缩，组成物质的原子其电子被压入原子核达到一定程度后，将发生星球的核爆炸。核爆炸能量大，温度高到极高，产生各种粒子。主要是以粒子形式散射宇宙中。1.7 恒星起源恒星起源恒星起源主要有以下三种：其一，星球爆炸所产生的大体积高温物体块就是恒星碎块型恒星。这种类型的恒星温度在 6000 度以下，为不规则形状，可为固态或液态。在发展与演化中，可捕获宇宙物质，形成圈层状结构恒星。其二，星球核爆炸所产生的高温物体凝聚形成恒星凝聚型恒星。这种类型的恒星为高温型恒星，大多是由星球核爆炸后的高温粒子、气化物质等凝聚形

13、成。为球形或近球形，相比较内外成分均一，为非圈层状结构。其三，星球捕获高温熔融体、高温气态固态物质、高温粒子形成恒星捕获型恒星。这种类型的恒星为球形或近球形，圈层状结构，其核为低温的原始星球。其温度以其捕获的物质不同而不同，形成不同圈层温度不同，如捕获的是高温粒子或气化物质，为高温型恒星；如捕获的是低温固态和液态物质，为低温型恒星。1.8 恒星演化恒星演化不同类型的恒星其演化不同。1.8.11.8.1 孤星型恒星演化孤星型恒星演化孤星型恒星在宇宙空间孤立存在，不在星系中，没有与其它星球形成关系。该类型恒星在宇宙中一般呈直线运动。其形态为球形和非球形。该类型恒星没有与其它星球形成星系，不存在引力

14、热量。该类型恒星形成后，其表面温度渐渐降低，会形成低温固体外壳，演化为具有圈层装结构的星球，终结恒星生命，是短命恒星。1.8.21.8.2 主星型恒星演化主星型恒星演化该类型恒星与孤星型恒星相比，捕获小质量星球绕其旋转形成星系。由于绕其旋转的星球是小质量星球，对恒星产生的潮汐作用小。其演化过程和孤星型恒星基本相同，寿命相对要长一些。1.8.31.8.3 从属型恒星演化从属型恒星演化这类恒星绕大质量天体进行转动，没有小质量天体绕其旋转。该类型恒星存在公转和自转，其运动轨道为圆形、近圆形和椭圆形，其形态为球形或近球形。在恒星的表层和内部都会产生潮汐作用，形成潮汐能。是长命型恒星。1.8.41.8.

15、4 伴星型恒星起演化和混合型恒星起演化伴星型恒星起演化和混合型恒星起演化这两类型恒星和从属型恒星演化基本相同，引力能转化潮汐能，维持恒星生命，是长命型恒星。2. 星系星系太阳绕银心公转并自转，地球绕太阳公转并自转。探讨太阳起源与演化需要探讨星系。2.1星系及分类星系及分类 在宇宙中，由两颗或两颗以上星球所形成的绕转运动组合体叫做星系星系。星球的绕转形式有两种：一是众多质量小的星球绕质量大的中心星球转动叫做中心式中心式星系星系，如太阳系众多行星和彗星等绕太阳转动；二是两颗星球围绕共同质心相互转动叫做伴星式星系伴星式星系，如地球和月亮组成的地月星系，二者共同围绕地月质心转动。绝大多数星系属于前者。

16、在宇宙中，有众多的星系，这些星系大小不一，形态各异，有独立星系，有星系之中的星系，有直线运动的星系，有曲线运动并绕中心体转动的星系，有年轻星系和年老星系。为了研究星系的成因，需要对宇宙中的星系进行分类。哈勃星系分类哈勃星系分类美国天文学家哈勃对宇宙中的星系按其形态或叫结构类型划分为三大类：（1） 、椭圆星系、椭圆星系图 2-1 椭圆星系照片椭圆星系是从圆球星系发展演化而成的，图 2-1 是该类型星系由圆球状星系发展成为椭圆星系的一组照片。（2） 、旋涡星系、旋涡星系旋涡星系在宇宙中也有多种形态，而且也有一个发展演化的过程。一开始从不规则的形态向规则形态逐步发展演化。图 2-2 是大熊座里一个开

17、放型的旋涡星系照片，图 2-3 是一个中间通过星云相连接的有伴星的旋涡星系照片。图 2-2 漩涡星系照片 图 2-3 有伴星星系照片 图 2-4 棒状旋转星系照片（3） 、不规则星系、不规则星系图 2-4 是一个棒状旋涡星系照片，不规则星系也能逐渐发展演化为规则星系。2.1.2.2.1.2. 本文的星系分类本文的星系分类（1） 、按照星系之间是否有隶属关系、按照星系之间是否有隶属关系将宇宙中的星系划分为独立星系独立星系和从属星系从属星系。在宇宙空间中独立运行，它没有环绕中心体旋转，这样的星系叫做独立星系，如银河系。而环绕中心体运行的星系如太阳系绕银心运转，地月星系绕太阳运转，这样的星系叫做从属

18、星系。（2） 、按照中心星是否旋转、按照中心星是否旋转划分为核旋转星系核旋转星系和核不旋转星系核不旋转星系。在宇宙中独立星系它的核有的旋转有的不旋转。而从属星系它的核都是旋转的。（3） 、按照星系运行的轨迹、按照星系运行的轨迹划分为直线运动星系直线运动星系和曲线运动星系曲线运动星系。在宇宙空间中，那些独立星系在主星带领下按照主星形成时的射线方向在宇宙空间内进行直线运行。有的星系如从属星系则是绕着主星进行曲线运行。（4） 、按照星系所在的空间位置、按照星系所在的空间位置划分为系内星系系内星系和宇宙星系宇宙星系。凡是在星系内运动的星系叫做系内星系，如太阳系；凡是在星系外宇宙空间里独立运动的星系叫做

19、宇宙星系，如银河系。（5） 、按照星系形成的年龄、按照星系形成的年龄划分为年老星系年老星系和年轻星系年轻星系。凡是那些在宇宙空间中或在星系内部形成时间比较长年龄大的星系叫做年老星系，年老的星系大都已演化成为比较规则的星系；在宇宙空间或在星系内部有的星系刚刚形成或形成不久，这样的星系叫做年轻的星系，年轻的星系大都呈不规则状态。（6） 、按照星系中星球的关系、按照星系中星球的关系划分为中心式星系中心式星系和伴星式星系伴星式星系。由众小质量星球绕大质量星球运动所组成的星系叫做中心式星系，如太阳系、银河系等，大质量星球叫做主星或中心星；由两颗星球互绕二者中心质点运动所组成的星系叫做伴星式星系，如地球和

20、月亮所组成的地月星系。（7） 、按照星系与人类的关系、按照星系与人类的关系分为自然星系自然星系和人造星系。人造星系。自然星系是自然形成的，人造星系是人类发射天体而形成的绕转运动天体组合。人造星系可分为从星型人造星系和主从星型人造星系，发射的绕月卫星所形成的月卫星系，属于从星型人造星系；绕飞船转小卫星而形成的星系，属于主从星型人造星系。2.2.太阳系太阳系特征特征太阳系是由行星、彗星等天体绕中心星球太阳所组成的绕转运动组合体绕转运动组合体。在太阳系中有系中系，如行星和卫星所组成的行星系，卫星和绕其转动的子卫星所组成的卫星系，等等。太阳系是一个年老的、规则的、中心式的椭圆星系。星球轨道形状特征星球

21、轨道形状特征绕太阳公转的星球轨道形状为：近圆形、椭圆形、抛物线形和双曲线形。在太阳系中，水星、金星、地球、火星等，它们的绕太阳公转轨道形状为近圆形，而外围的其它行星公转轨道为椭圆形。太阳系的彗星公转轨道为椭圆形、抛物线形和双曲线形，图 2-5 是太阳系模式图，图 2-6 是彗星轨道图。 图 1-5 太阳系模式图图 2-6 彗星轨道图 星球公转方向特征星球公转方向特征绕太阳公转的星球，九颗行星都为逆时针方向公转，而有些彗星如哈雷彗星为顺时针方向绕太阳公转。星球自转方向特征星球自转方向特征太阳系的金星自转方向为顺时针，它的自转与它的公转方向相反。而其它八颗行星都为逆时针方向自转并同公转方向相同。星

22、球分布特征星球分布特征太阳系的九颗行星公转轨道面都在太阳赤阳面两侧附近，而彗星的公转轨道面从太阳两极到太阳赤道各纬度都有分布。图 2-7 是彗星轨道倾角即在太阳周围不同纬度的分布图。图 2-7 彗星在太阳周围分布图星球运动姿势特征星球运动姿势特征地球是倾斜在轨道上自转，天王星是躺着在轨道上自转，其它几颗星球为直立或倾斜在轨道上自转。太阳系内星系特征太阳系内星系特征由彗星和行星绕太阳旋转所形成的太阳系的上述五个特征，对于由卫星绕行星旋转所形成的行星系来说基本相同。2.3.模拟试验模拟试验一个太阳系成因理论或叫假说不仅能解释太阳系的特征，而且也能解释行星系和其它星系的特征。为了研究太阳系的成因和解

23、释太阳系的特征，用一块磁铁和一个小铁球，做以下试验： 试验一试验一小铁球用线吊起来挂在空中不动，将用线吊着的磁铁块和小铁球在一个水平面上，磁铁块在小铁球的西面，由北向南运动，如图 2-8。图 2-8 磁铁快从铁球西侧运动示意图试验结果如下试验结果如下(见图见图 2-9)：当两者相距适当的运动距离，如果磁铁块运动速度慢，在靠近小铁球时，小铁球就被磁铁块吸了去(图 2-9A)；当磁铁块以适当的速度运行时，小铁球就会沿着一个近圆形轨迹绕磁铁块转动(图 2-9B)；当磁铁块以较快的速度从小铁球一侧通过时，小铁球就是一个抛物线弧形或双曲线弧形从磁铁块一侧运动过去（图 2-9C） 。同时小铁球也产生如图

24、E 方向的自传。图 2-9 试验一结果示意图 试验二试验二如同试验一，不同的是：让磁铁块在小铁球的东侧由南向北运动，如图 2-10。图 2-10 磁铁快从铁球东侧运动示意图试验结果如下：试验结果如下：公转和自传方向就完全反向了。 试验三试验三如同试验一，不同的是，让小铁球沿 F 方向自传，然后磁铁块在小铁球西侧由北向南运动，如图 2-11。图 2-11 试验三模拟试验结果示意图试验结果如下：试验结果如下：小铁球仍然沿 F 方向转动，只是自传速度变慢了。 试验四试验四如同试验一，不同的是：磁铁块和小铁球大小近似时，试验结果是：二者互相绕转，如图 2-12。图 2-12 试验四模拟试验结果示意图将

25、以上的试验反过来：让小铁球运动，其结果是一样的。 人造地球卫星的轨道人造地球卫星的轨道 图 2-13 是发射人造地球卫星可能出现的几种轨道形状。人造卫星轨道形状完全取决于末级火箭的速度。如末级火箭的末速度小，卫星的轨道形状为图 2-13 的形，卫星将回落到地球上。如果末级火箭的末速度正好，其卫星轨道形状为图 2-13 的形，为绕地球的圆形轨道。如果末级火箭末速度大其卫星轨道形状为图 2-13 的形，成为椭圆 形。如果末级火箭的末速度等于地球的逃逸速度时，卫星的轨道形状为图 2-6 的形，呈抛物线形。如果末级火箭末速度大于地球的逃逸速度，卫星的运动轨道就成为双曲线形。人造地球卫星在地球上空的高度

26、和运动方向也由末级火箭的末级高度和末级方向所决定。 图 2-13 卫星运动的轨道 嫦娥二号的轨道嫦娥二号的轨道图 2-14 嫦娥二号奔月轨道示意图图 2-14 是嫦娥二号奔月轨道示意图。虽然嫦娥二号是人造天体，但它和月亮形成了月卫星系。2.4 太阳系起源太阳系起源太阳从宇宙中捕获行星、彗星产生绕转运动组合体，形成太阳系。2.4.12.4.1绕太阳公转轨道形状的成因绕太阳公转轨道形状的成因太阳系成员的轨道形状由进入太阳系时的相对速度和相对距离等因素决定。太阳所捕获的行星或彗星其运动速度小了，就“掉”进太阳了；速度正好，其轨道形状为近圆形；其速度大一点，轨道形状为椭圆形；如果速度再大一点，其轨道形

27、状就成为抛物线形或双曲线形。2.4.22.4.2太阳各纬度都有星球分布的成因太阳各纬度都有星球分布的成因独立在宇宙中运行的天体，它可以从各个方向和各种角度飞近太阳的身边，这些天体能够从太阳两极处和各纬度及赤道被太阳捕获而成为太阳系的成员。因此在太阳赤道面附近和极处及各纬度都有星球分布。2.4.32.4.3行星集中在太阳赤道附近的成因行星集中在太阳赤道附近的成因太阳是一个巨大的引力球，这个引力球是绕轴自转的，自转就会产生离心力。离心力在球的极处最小，在近赤道处离心力大。所以太阳系年龄老的行星在太阳自转离心力场的作用下集中到太阳赤道面附近。地质力学创始人李四光做了球体离心试验，试验如下：图 2-1

28、5 是地质力学的模拟实验：在直径 20 厘米的泡沫塑料球体上，涂 16 层聚醋酸乙烯乳液，构成厚约 3 毫米的薄膜，经电动机旋转加力（500 转/分） ，在近球体赤道附近，于试料上形成一系列近东西向的褶曲。地质力学所作的上述模拟试验完全证明，所有旋转球体都会产生自两极向赤道方向的离心力，其表面物质也将在离心力作用下产生变化。 图 2-15 地质力学的模拟试验2.4.42.4.4星球直立、倾斜和躺在轨道运行的成因星球直立、倾斜和躺在轨道运行的成因在太阳系中，在轨道上直立自转的行星，它们就是在太阳赤道面被太阳捕获的。倾斜在轨道上自转的行星，是在太阳相应的纬度处被太阳捕获的，后来在太阳离心力场的作用

29、下运行到了现在的位置。横躺在轨道上自转的天王星，是在太阳极处被太阳捕获的，以后在太阳引力场的离心力作用下来到了太阳赤道面附近。2.4.52.4.5星球公转反向（如哈雷彗星）的成因星球公转反向（如哈雷彗星）的成因同向公轨的太阳系天体，它们是在同一侧被太阳捕获的。公转反向运行的天体，是在太阳的另一侧被太阳捕获的。2.4.62.4.6星球自转反向的成因星球自转反向的成因自转反向的金星，说明它在被太阳捕获之前就已是顺时针方向自转着的。当它被太阳捕获时，所产生的潮汐扭动力小于原来已有的自转力。所以金星仍然保存原来的自转方向，只不过是自转速度已变的特别慢，自转周期特长。2.4.72.4.7行星系的成因行星

30、系的成因行星周围的卫星形成过程同太阳系。而且在卫星的周围可能存在子卫星和孙卫星，小行星和彗星的周围都可以有卫星，都可以形成绕转运动组合体即星系，它们的成因和太阳系的成因一样。在宇宙中，所有星系的成因是相同的。在宇宙中，所有星系的成因是相同的。2.5太阳系成因假说简介太阳系成因假说简介将一些有代表性的太阳系成因理论或假说简介如下。 布封学说布封学说法国动物学家布封在 1745 年提出：曾经有一个大彗星碰到了太阳，使太阳转动起来。碰出来的一些物质形成了行星和次一级的卫星，并使之绕中心天体转动起来。这个学说叫做彗星碰撞学说。 张伯伦学说张伯伦学说美国地质学家张伯伦在 1900 年提出：曾经有一个恒星

31、走到离太阳很近的地方，由于潮汐力的作用，在太阳两面形成巨大的潮，就象我们现在所见到的日珥。在这两个巨大的潮中有气体、液体和固体。固体聚集成块叫做星子，由这些星子发展成为行星等绕太阳转动的天体。这个学说也叫做星子学说。 谢伊学说谢伊学说美国天文学家谢伊于 1910 年提出：有两个星云相碰，在碰撞后的星云中形成了太阳，其它物质形成行星。也叫星云碰撞学说。 阿亨尼学说阿亨尼学说瑞典化学家阿亨尼于 1908 年提出：有两个恒星沿着一个角度侧面相撞，使这两个恒星变为一个恒星，由于侧向相撞所以产生了转动。相撞后所飞出的物质形成行星等天体。这个学说也叫侧撞恒星合拼学说。 毕克顿学说毕克顿学说西新兰科学家毕克

32、顿于 1881 年提出：一个恒星接近太阳时，潮汐作用，使太阳和另颗恒星都发生变形，在两者中间分出呈卵形的物体，这些物体成为绕太阳转动的行星。用该学者自己的形象说法，两个相接近的恒星潮汐力所拉出的物体就象宇宙中的火花。有人将该学说称为宇宙火花学说。 罗素学说罗素学说美国天文学家罗素于 1935 年提出：太阳曾经是一对双星，后来有一颗恒星走近将其中一颗子星拉走，被拉走时留下了一长条物质，这些物质后来形成了行星。这个学说也叫双星学说。 魏扎克学说魏扎克学说德国天文学家魏扎克于 1944 年提出：太阳形成后被一个气体尘埃云包围着，这个云由于旋转而变扁，形成了星云盘，后来星云盘形成行星。这个学说可以叫做

33、太阳进入星云学说。 费森柯夫学说费森柯夫学说前苏联天文学家费森柯夫于 1919 年提出：形成行星的物质全部是从太阳上抛射出来的，由于原来的太阳质量大、含氢量高，自转速度快而且不稳定，因此抛射出形成行星的物质。这个学说叫做太阳自身抛射学说。 伯克兰学说伯克兰学说挪威科学家伯克兰于 1912 年指出：电磁力在太阳系形成过程中起到重要作用。太阳从一开始就有磁场，太阳抛射出的离子，沿着磁力线在螺旋轨道上向外运动，停留在一些圆上，圆的半径决定了电子电荷和离子质量的比率，这样就形成了一系列的球，不同的球由不同的离子组成。这个球的物质后来集聚形成一个行星。这个学说叫做离子集聚学说。 麦克雷学说麦克雷学说英国

34、天文学家麦克雷于 1960 年提出：形成太阳系的大星云首先破裂为许多小星云，这些小星云具有随机的运动和转动速度及方向。小星云常常相互碰撞，绝大部分结合起来形成了太阳，另外一部分小星云形成了行星。这个学说可以叫做原云先碎后聚学说。 瓦尔科维奇学说瓦尔科维奇学说罗马尼亚物理学家瓦尔科维奇于 1964 年提出：太阳系内的类地行星是同太阳星云外围部分或由太阳抛射出的物质形成的，而类木行星是太阳在星际空间运行时，从遇到的星际云中所俘获的物质形成的。这个学说叫做异源分步形成学说。 布郎学说布郎学说美国物理学家布郎于 1971 年提出：在过去有一个质量是太阳 50-100 倍大的超新星爆发时，抛射物中的一个

35、碎块形成了今天的太阳系。该学说叫做超新星爆发碎块成因学说。 米特拉学说米特拉学说印度天文学家米特拉于 1975 年提出：太阳系是以星团方式集体产生的。在宇宙中有一个很大的星际云由于自吸引出现湍流，进而形成一个星团，这个星团逐渐互相散开，原太阳是其中一个初始角动量几乎为零的成员星。以后，原太阳在绕银心转动的过程中，不断吸积那些与其自己轨道相似的颗粒，逐渐形成一个围绕太阳的球形包层，进而演化为星云盘，并且由于它的角动量传给了原太阳而使太阳自转起来。这个学说可以叫做星团散开形成太阳学说。 康德和拉普拉斯学说康德和拉普拉斯学说康德是德国哲学家，生于 1724 年，死于 1804 年。拉普拉斯是法国数学

36、家和物理力学家。生于 1749 年，死于 1827 年。这两位太阳系星云学说创始人在互相不知道的情况下，分别发表了内容大体相同的太阳系起源学说即星云学说。太阳系起源星云学说为大多数天文学家认可。从十八世纪到现在虽然已经过去了二百多年，在这期间有许多科学家提出过有关太阳系起源的星云学说，尽管这些学说在某些方面和某些形成机制上都有自己的见解，但总的宗旨没有离开康德拉普拉斯星云学说。太阳系起源星云学说宗旨就是一句话：太阳系是从一个星云中形成的。在这个星云中有气体、有尘埃、有冰块、有大大小小的固体物质。在万有引力作用下物质相互吸引，星云体积在缩小。在这个星云的中心形成了太阳。由于星云原始存在转动，在体

37、积缩小时，因为角动量守恒，星云转动加快，变成扁球状。扁平面上的星云继续收缩形成了现在的共面同方向转动的行星。2.6 传统太阳系起源学说分类传统太阳系起源学说分类有关太阳系起源的学说高达几十家，按照太阳周围星球的物质来源可以将这些学说划分为三个学派：分出说、俘获说、共同形成说。（1） 、分出说、分出说也叫灾变说。在这一学派中，有的认为是另外一颗恒星碰到太阳，碰出了物质，这些碰出的物质形成了行星。有的认为：太阳曾经出现过巨大规模的变动，例如太阳的自转快度变快，由一个恒星分裂为两个恒星，后来因为某种原因，其中一个离开了，离开时所留下的物质形成行星。有的认为：太阳原来是一对双星，其中一颗子星被另外靠近

38、的一颗大星拉走了或俘获了。在子星被拉走或俘获时所留下来的物质形成了太阳系现在的行星。也有的认为：太阳的伴星爆发成超新星，留下的物质形成了行星。另外还有的观点认为是太阳自身抛射出来的物质形成了行星。（2） 、捕获说、捕获说这一学派的共同看法认为是太阳先形成的。太阳形成后捕获了周围的或宇宙空间里的其它星际物质，而由这些物质形成了行星。（3） 、共同形成说、共同形成说形形色色的各类星云说都是属于这一学派。这一学派认为：太阳系是由一个星云形成的。尽管各学者对太阳系内的星球形成和自转及公转有各自的见解，但他们都共同认为太阳系是由一个原始星云逐渐演化而形成的，或者说形成行星的物质来源于太阳或与太阳有关系的

39、其它星球。2.7 本文观点与传统捕获说的区别本文观点与传统捕获说的区别传统捕获说，认为是太阳捕获宇宙物质，这些物质在太阳系内形成行星、彗星等天体，太阳形成在前，行星、彗星等天体形成在后。本文观点，太阳直接在宇宙中捕获行星、彗星形成绕转运动组合体即形成太阳系，有的行星形成时间可能在太阳之前，其年龄可能大于太阳。3. 地球起源与演化地球起源与演化地球是太阳系的一颗行星，人类对地球了解和研究的最多。为了研究太阳起源与演化，先对地球的起源与演化进行探讨。为了研究地球的起源与演化，先对固体地球结构进行重新划分。3.1 地球曾经是恒星地球曾经是恒星依据恒星定义及分类，地球在 45 亿年前是一颗捕获成因类型

40、的恒星。地核捕获熔融物质，形成巨厚的熔融层，成为发光发热的星球，即形成恒星。温度降低，在地球表面形成固体原始外壳，成为不向外发光发热星球，结束恒星时期。在地壳上，检测其岩石年龄为 36 亿年，推测为 45 亿年，证明地壳形成的时间到现在已有 45 亿年了。 3.2 地球的圈层状结构地球的圈层状结构依据固体地球内部物质状态和地震波特征，对固体地球进行一级分层和二级分层，见表 3-1 和图 3-1 示意图。在固体地球的外层是水圈和大气圈。在地球的内部 2900-4700 公里，厚 1800 公里为熔融物质，称之为液态层（传统分层的外地核） 。表表 3-1 固固 体体 地地 球球 结结 构构 表表地

41、球圈层名称一级分层二级分层传统分层深度（公里）地 震纵波速度（公里/秒）地 震横波速度（公里/秒）密度（克/立方厘米）物 质 状 态地 壳地 壳0335.67.03.44.22.62.9固态物质外过渡层（上）上地幔339808.110.14.45.43.23.6部 分熔融物质外球外过渡 层外过渡层（下）下地幔980290012.813.56.97.25.15.6液态固态 物 质液态层液 态 层外地核290047008.08.2不能通过10.011.4液态物质内 过 度 层过度层470051009.510.312.3液态固态 物 质内球地 核内地核5100637110.911.212.5固态物质

42、图 3-1 地球结构示意图3.3 地球的火山活动地球的火山活动下图 3-2、3-3、3-4、3-5、是各地的一些火山爆发照片，证明地球内存在高温岩浆。 图 3-2 印尼火山爆发照片 图 3-3 日本火山爆发照片图 3-4 冰岛火山爆发照片 图 3-5 菲律宾火山爆发照片3.4 地球起源地球起源通过固体地球结构和火山喷发现象，地球的液态层是高温熔融物质。原始地核捕获宇宙高温熔融等物质，形成巨厚的熔融层，地球成为一颗捕获型的恒星。地球表面温度降低，形成原始的地球外壳。恒星生命终结。熔融物质与地核间形成内过渡层，与外壳间形成外过渡层（传统分层的地幔） 。外过渡层的结晶分异作用形成外过渡层上和外过渡层

43、下（传统分层的上下地幔） 。熔融物质凝固时产生水和大气，以及捕获的水和大气形成地球的水圈和大气圈。在 5.48 亿年前，地球被太阳捕获，成为绕太阳旋转的行星。3.5 地球演化地球演化在地球演化过程中，发生一些天文与地质事件，将事件的时间段叫做地质时期地质时期。在各地质时期，在与地球相关的宇宙空间及太阳系和地球所发生的大事件，在地球自身、地壳运动、地层、岩石、构造、古生物、古地磁、古冰川、古气候等多方面都留下了记录。在不同的地质时期，地质作用不同，特征不同。将地球历史划分为：地球形成时期、地壳形成时期、进入太阳系前时期、进入太阳系时期、地月系形成时期、新生时期，见表见表 3-2。地球形成时期地球

44、形成时期【始古宙（宇）始古宙（宇）】这一时期是由地核俘获宇宙高温熔融物质和少量塑性物质、固态物质、气体和液体开始的，到地表熔融物质凝固形成地球最原始的外壳的一段地质时间。在距今 46 亿（？）年前，在太阳系外的宇宙空间，由铁镍物质组成的地核俘获宇宙高温熔融物质和少量塑性物质、固态物质、气体和液体，在地核外形成高温熔融物质巨厚层。地核与高温熔融物质间形成内过渡层。表表 3-2 地地 质质 时时 期期 与与 特特 征征 表表地质 时期特 征代（界）宙（宇）同位素年龄Ma 新生时期这一时期是一颗彗星撞击地球而开始的。这颗彗星在太阳系裂解，形成绕太阳的小行星带。彗星的组成物即有岩石又有冰和大气。在冰里

45、存在着各种生物。在这一地质时期，地球增加了水、大气和新的生物物种。原有的生物发生变异或进化。新生代（界）今 65 地月系形成时期这一时期是月球被地球俘获形成地月系而开始的。 月球绕地球转动，使地球的引力场、磁场发生了变化。在月球引力所形成的晃动作用下，地球的外球发生了旋转，形成地极和磁极的移动。 在生物界，动物和植物都发生了变异，形成高大的树木和大型的动物。中生 代（界）65 250进入太阳系时期这一时期是地球进入太阳系成为行星而开始的。在这一地质时期，地球有了太阳的光照，形成了绕太阳的公转和自转，有了昼夜的变化。在地球的内部，地核或内球偏向太阳引力的反方向，不在地球中心。在地壳，由于地球自转

46、形成由两极向赤道的离心力；在太阳引力作用下，由于地球自西向东转动，地壳形成自东向西的运动。形成高山、高原，形成沟谷洼地和平原。在生物界，开始爆发式出现即开始复活。随着太阳系的演化，地球由进入太阳系时的轨道面即轨道面与太阳赤道面夹角大约 2326，演化到现在的地球轨道面与太阳赤道面近平行，地轴由垂直轨道面变为倾斜在轨道上运行，形成一年的四季变化。在岩石建造上，出现大量的石灰岩。古生代（界）显生宙（宇） 250543进入太阳系前时期这一时期是地壳已经形成到地球进入太阳系前的一段地质时间。这是一段没有阳光的地质时期。在这一段的前期，地壳的风化、剥蚀、搬运和沉积作用强，高山被剥低，在沟谷和坑洼地中沉积

47、了巨厚的原始沉积。在这一段的后期，地壳活动变弱，地表温度渐渐降低，到了冰点以下，形成全球性的冰川。在生物界，降落在地球上的原核生物开始复活和繁殖。由于没有阳光，其他降落到地球上的植物和动物处于休眠状态。原核生物开始繁殖。元古宙（宇）543 3800地壳形成时期这一时期是由地表熔融物质凝固开始到有沉积岩形成的一段地质时间。随着温度降低，熔融物质凝固过程中产生的水流动汇聚到张裂沟谷和大坑洼地中，产生的气留在地球表面，形成大气圈。地核俘获宇宙物质的不均，地表各处温度高低不均产生大气流动。在这一地质时期，有了水和大气，产生了风化、剥蚀和搬运作用，开始形成沉积岩。太古宙（宇）38004600地球形成时期

48、这一时期是由地核俘获高温熔融物质开始到地表熔融物质凝固形成地球原始外壳的一段地质时间。 在距今 46 亿（？）年前，由铁镍物质组成的地核俘获了高温熔融物质形成巨厚熔融层。熔融层与地核接触部位温度降低，形成内过渡层；与外壳接触部位形成外过渡层；熔融层形成液态层。在这一地质时期，形成了圈层状结构的地球。熔融物质凝固形成收缩，在地表形成张裂沟谷高山。宇宙天体撞击，在地表形成大坑洼地。始古宙（宇）4600？地球外表温度降低，熔融物质凝固，形成地球最原始的外壳。外壳与高温熔融物质间形成外过渡层。高温熔融物质形成液态层。在这一地质时期，地球形成分层结构，由内向外：地核、内过渡层、液态层、外过渡层、外壳。在

49、地球表面，由于熔融物质凝固和收缩，形成张裂、沟谷、高山。由于宇宙天体撞击，在地表形成大坑洼地。3.5.23.5.2地壳形成时期地壳形成时期【太古宙（宇）太古宙（宇）】这一时期是由地表熔融物质凝固形成地球最原始外壳开始到有沉积岩形成的一段地质时间。地壳和地球熔融物质凝固形成的外壳是不一样的。地壳是由火山岩、沉积岩、变质岩和陨石共同组成的地球外壳，是地球经过长期演化后而形成的。在这一地质时期：随着温度降低，熔融物质凝固过程中产生的水和俘获的水流动汇聚到张裂沟谷与大坑洼地中，形成地球上最初的水域海洋和湖。产生的气和俘获的大气留在地球表面，形成大气圈。由于地核俘获宇宙物质的不均，地表各处温度高低不同产

50、生大气流动。在地壳形成时期，有了水和大气，产生了风化、剥蚀和搬运作用，开始形成沉积岩。3.5.33.5.3进入太阳系前时期进入太阳系前时期【元古宙（宇）元古宙（宇）】这一时期是地壳已经形成到地球进入太阳系前的一段地质时间。这是一段没有阳光的地质时期。在这一段的前期，地壳的风化、剥蚀、搬运和沉积作用强，高山被剥低，在沟谷和坑洼地中沉积了巨厚的原始沉积。在这一段的后期，地壳活动变弱，地表温度渐渐降低，到了冰点以下，形成全球性的冰川。在生物界，降落在地球上的原核生物开始复活和繁殖。由于没有阳光，其他降落到地球上的植物和动物处于休眠状态。3.5.43.5.4进入太阳系时期进入太阳系时期【显生宙（宇）显

51、生宙（宇）】这一时期是太阳捕获地球，地球进入太阳系成为行星而开始的。地球进入到了有阳光的显生宙时期，是古生代的开始。地球产生绕太阳的公转和自转。现在的地球黄道面在太阳赤道面附近，二者夹角很小。地球倾斜在轨道上运行，地轴的倾斜方向与黄道面的夹角为 6634，即地球的赤道面与黄道面的夹角为 2326，如图 3-6 所示。 图 3-6 地球倾斜在轨道上运行示意图地球是在和太阳赤道面大约 2326夹角方向运行（如图 3-7 所示）被太阳捕获，变成绕太阳旋转的行星。 图 3-7 地球进入轨道方向示意图地球如同试验一试验一被太阳俘获，形成公转和自转。形成时，地轴和轨道面是垂直的，地轴和太阳赤道面夹角大约为

52、 6634。太阳系和其他星系一样，在星系演化趋势作用下，地球由形成时的轨道面向太阳赤道面方向移动了 2326，并已移动到太阳赤道面附近（如图 3-8 所示） 。图 3-8 地球由被太阳捕获时轨道面向太阳赤道面演化示意图在太阳系演化过程中，在无其他天体引力作用情况下，绕转星球的轨道形状不变，自转轴的倾斜方向和倾斜角度不变。地球由被太阳捕获时，地轴和轨道面是垂直的，和太阳赤道面夹角大约为 6634。由于地球轨道面向太阳赤道面方向移动了 2326，因此形成现在的地球赤道面与黄道面夹角为 2326。地球被太阳捕获时地轴和轨道面是垂直的，地球两极终年无太阳光照，地球无四季。随着地球轨道面向太阳赤道面演化

53、移动，地轴发生在轨道面上的倾斜，地球有了一年四季变化。在这一地质时期，地球有了太阳的光照，形成了绕太阳的公转和自转，有了昼夜的变化。在地球的内部，地核或内球偏向太阳引力的反方向，不在地球中心。在地壳，由于地球自转形成由两极向赤道的离心力；在太阳引力作用下，由于地球自西向东转动，地壳物质形成自东向西和由两极向赤道方向的运动。形成高山、高原，形成沟谷洼地和平原。冰川融化。在生物界，开始爆发式出现即开始复活。在岩石建造上，出现大量的灰岩。3.5.53.5.5地月系形成时期地月系形成时期【中生中生 代（界）代（界）】这一时期是月球被地球捕获形成地月系而开始的，地球进入到了中生代时期。月球绕地球转动，使

54、地球的引力场、磁场发生了变化。在月球引力所形成的晃动作用下，地球的外球发生了旋转，形成地极和磁极的移动。在生物界，动物和植物都发生了重大的变异或进化，形成高大的树木和出现大型的动物。3.5.63.5.6新生时期新生时期【新生代（界）新生代（界）】这一时期是一颗大彗星撞击地球而开始的（？） ，地球进入到了新生代时期。这颗彗星在太阳系裂解（？） ，形成绕太阳的小行星带。彗星的组成物即有岩石又有冰和大气。在冰里存在着各种生物。在这一地质时期，地球增加了水、大气和新的生物物种。原有的生物发生变异或进化。地球开始有了高级生物。3.6 地球的内球运动地球的内球运动3.6.13.6.1地球的内球运动地球的内

55、球运动太阳捕获地球，地球产生绕太阳的公转和自转。地球捕获月球，产生绕地月质心的转动。地球的内球、外球在太阳和月球的作用下将产生不同的运动。在不同的地质时期，地球的内球、外球运动是不同的。在地球进入太阳系前，内球在地球中心，内外球转动是一致的。地球被太阳捕获后，地球产生了公转和自转，地球的内球和外球也产生了位置和转动角速度不一样的变化。3.6.23.6.2地球的内球或地核不在地球中心地球的内球或地核不在地球中心下面做一个简单的模拟试验：在装满水的瓶子里放入一个石子，系上一根绳子绕手旋转，如图 3-9，结果：在瓶子内的石子始终偏向引力的另一侧。图 3-9 绕转瓶子照片同样道理，地球在太阳引力作用下

56、绕太阳旋转，内球将偏向太阳引力的反方向，不在地球中心。 3.6.33.6.3地球的内球或地核转动比外球快地球的内球或地核转动比外球快由于地球的内球不在地球中心，始终偏向太阳引力的反方向，导致内球和外球转动的角速度不一样，内球快，外球幔，如图 3-10 所示。图 3-10 地球内球偏向太阳引力反方向示意图角速度 =V / R ，V 为线速度，R 为半径。在 A 点内球的半径小于 A 点到地球中心，依据角速度公式，内球角速度大于外球的角速度。3.7 地球的外球运动地球的外球运动3.7.13.7.1地球南北半球的受力情况地球南北半球的受力情况地球倾斜在轨道上自传和绕太阳公转，在夏至时，地球北半球到太

57、阳距离近，南半球到太阳距离远，如图 3-11 所示。依据万有引力定律 F=GmM/R2，星球引力与星球的质量乘积成正比，与距离的平方成反比。在夏至时，地球北半球受到的太阳引力大于南半球；在冬至时，地球南半球 受到的太阳引力大于北半球。在春分和秋分时，地球南北两个半球受到的太阳引力相等。 图 3-11 地球两极到太阳距离远近示意图3.7.23.7.2地球的晃动地球的晃动下述三种运动引起地球的晃动：地球绕地月质点转动、地球的章动、地轴的进动。晃动作用的结果晃动作用的结果将豆子放到簸箕里，晃动簸箕，豆子在簸箕里沿着簸箕倾斜方向滚动，如图 3-12。图 3-12 晃动簸箕，豆子向簸箕倾斜方向滚动照片地

58、球的晃动，外球将向着太阳引力大的方向滚动，内球将向着太阳引力反方向滚动而地轴倾斜角度保持不变，如图 3-13 所示。图 3-13 地球晃动，外球、内球转动示意图地球外球的滚动，使原地极位置向着太阳引力大的方向移动，原地球赤道也随着发生移动。现在地球的南极洲是随着地球的外球转动到达现在的南极位置，南极洲的煤炭随着地球的外球转动而到达现在的位置。地球的原磁极位置随着地球的外球转动而转动，这是磁极移动的成因。4. 太阳起源与演化太阳起源与演化4.1 太阳结构太阳结构太阳结构可以简单划分两层：外部圈层大气层、内部圈层实体球，太阳结构见表4-1，示意图见图 4-1、4-2。表表 4-1 太太 阳阳 结结

59、 构构 表表现现 代代 分分 层层传传 统统 分分 层层圈层名称特 征圈层名称特 征日冕厚度不稳定，在几个到多个太阳半径间变化。温度可达 100万。日冕厚度不稳定，在几个到多个太阳半径间变化。温度可达 100 万。大气层色球厚 2000 公里，底层 4500，上层约几万。大气层色球厚 2000 公里，底层 4500，上层约几万。光球厚 500 公里，底层 6000，上部 4500。光球厚 500 公里，底层 6000，上部4500。沸腾层为沸腾岩浆，温度达岩浆气化边界 6000。液态层为液态岩浆。对流层由氢氦组成，径向对流运动强烈，热的物质向外运动，冷的物质沉入内部，过渡层液态物质与固态物质的

60、过渡带，物质呈半流体、塑性状态。辐射区由氢氦组成，通过电磁辐射和粒子流向外层辐射热。实体球日核铁镍质，固体。实球层日核由氢氦组成，核反应区，温度高达 1500 万。 图 4-1 传统理论太阳结构示意图 图 4-2 现代理论太阳结构示意图4.1.14.1.1 太阳的外部圈层太阳的外部圈层大气层大气层目前，人类能观察到的是太阳的大气层。太阳大气层由内向外为：光球、色球和日冕。太阳的一些物理量包含光球部分。太阳密度： 大约 1.411 g/，大约相对于地球密度： 0.26，大约相对于水的密度： 1.409。太阳主要成分（光球成分）：氢 73.46%，氦 24.85%。光球光球光球是太阳大气最低的一层