星雲假說

康德在《宇宙發展史概論》中，用引力和斥力的觀點描述天體的運動和發展說：“構成我們太陽系星球的物質，在最初時都分解為基本微粒，充滿整個宇宙空間。……這些微粒具有促使它們相互運動的基本能力，它們本身就是活力的一個源泉。在這種情況下，物質就立即努力於形成自己。密度較大而分散的一類微粒，憑藉引力從它周圍的天空區域，把密度較小的物質聚集起來。但它們自己又與所聚集的物質一起，聚集到密度更大質點所在的地方。而所有這些又以同樣方式聚集到質點密度更為巨大的地方，並如此一直繼續下去，直到形成諸團塊天體。在這同時，斥力使凝聚起來的團塊天體發生旋轉運動。”康德又寫道：“向引力中心下落的微粒，由於斥力的作用，會雜亂地從直線運動中向側面偏轉出來，使垂直的下落運動變成圍繞降落中心的圓周運動”。這樣發生的旋轉運動，逐漸向一個垂直於其轉動軸的平面集中，最後形成行星繞太陽運轉的圓盤狀結構的有規則的天體系統。康德的上述描述，使宇宙天體的生成理論，第一次從神學禁錮中解放了出來。

1755年，德國哲學家康德（I .Kant）在《自然通史和天體理論》一書中，根據萬有引力原理提出了“微粒假說”。假說的主要內容是：宇宙中散布著微粒狀的瀰漫物質，稱為原始物質。在萬有引力作用下，較大的微粒吸引較小的微粒，並逐漸聚集加速，結果在瀰漫物質團的中心形成巨大的球體，即原始太陽。周圍的微粒在向太陽這一引力中心垂直下落時，一部分因受到其他微粒的排斥而改變了方向，便斜著下落，從而繞太陽轉動。最初，轉動有不同的方向，後來有一個主導方向佔了上風，便形成一扁平的旋轉狀星雲。雲狀物質后又逐漸聚集成不同大小的團塊，便形成行星。行星在引力和斥力共同作用下繞太陽旋轉。康德關於太陽系是由宇宙中的微粒在萬有引力作用下逐漸形成的基本觀點是可取的，它能說明行星的運行軌道具有的共面性、近圓性、同向性等特點。但康德假說解釋不了太陽系的角動量來源。

1796年，法國數學家拉普拉斯（Laplace）在不了解康德假說的情況下提出了星雲假說。他提出太陽系是由一個灼熱的氣體星雲冷卻收縮而成的。原始的灼熱星雲呈球狀，直徑比今天太陽系直徑大得多，緩慢地自轉著。後來，由於冷卻而收縮，其自轉速度逐漸變快，同時因赤道附近的離心力最大，故星雲逐漸變扁。一旦赤道邊緣的離心力大於星雲對它的吸引力，赤道邊緣的氣體物質便分離出來，形成一個旋轉的氣環，由於星雲繼續冷卻收縮，上述過程重複發生，又形成另一個旋轉的氣環，最終形成了與行星數相等的氣環（稱拉普拉斯環）。星雲的中心部分最後形成太陽，各環在繞太陽旋轉的過程中逐漸聚集形成行星。行星也同樣發生上述作用，形成衛星。土星的光環可能就是由尚未聚集成衛星的許多質點構成的。拉普拉斯假說同樣能解釋行星運行軌道的各項特點，以及組成太陽、行星和衛星的元素一致性，也能解釋太陽系角動量的由來，但解釋不了角動量分配的特點。另外，而是由於吸引力引起的。星雲在收縮過程中，溫度不是降低而是升高。

德國物理學家魏扎克於1945年提出的旋渦學說強調了湍流在太陽系形成中的作用。他認為，星雲盤內離太陽相同距離的質點的公轉橢圓軌道具有不同的偏心率，所以盤內會出現旋渦。旋渦的排列很有規則性：盤分為幾個同心環，越外面的環越寬，每個環內有同樣數量的旋渦，魏扎克估計的數目是五個。旋渦內物質的轉動方向和公轉方向相反。在相臨兩環的三個旋渦之間，會出現次級旋渦，這些次級旋渦的轉動方向和公轉方向一致，行星就在這種次級旋渦里形成，所以行星具有正向自轉。通過適當選擇初始條件，這個理論不但能說明行星的公轉和自轉，而且能夠說明行星間的距離。

霍伊爾的假說試圖解釋角動量問題。按照他的方案，質量巨大的緩慢旋轉的太陽星雲，在引力的作用下不斷坍塌，直到一個不穩定的原太陽形成之後坍塌才終止。在原太陽周圍，星雲物質呈環狀分佈。環中的氣態物質發生凝聚，原太陽的部分角動量轉移到受磁力作用的電離氣體環，而宇宙塵埃粒子的吸收則給正在形成的行星增加了質量。然而，在原太陽附近，較輕元素被不斷增加的輻射趕走。結果形成了兩類不同的行星棗靠近太陽的類地行星和離太陽較遠的類木行星。

1942年瑞典天體物理學家阿爾文（H. Alfven）提出了自己的星雲假說。他認為，太陽先形成，行星和衛星則是由遠處下落到太陽附近的瀰漫物質形成的。最初這些物質溫度高而且是電離的，它們被太陽的磁場和星際磁場維持在離太陽幾千天文單位（天文單位是太陽和地球之間的平均距離）的空間，後來由於冷卻，才由電離狀態轉變為中性狀態，並向太陽下落。下落中的物質相互碰撞聚集，並不斷被加速，當其動能增加到一定程度就再度電離，從而停止降落，便在太陽附近形成若干雲團。雲團里逐漸形成了行星和衛星。另外，太陽磁場的磁力線隨太陽的自轉而轉動，使雲團中的電離質點隨之轉動，雲團中的中性質點也被電離物質拖著轉動，這就意味著太陽通過磁場作用把自己的一部分角動量轉移給了雲團，所以行星具有很大的角動量。

1977年，我國著名天文學家戴文賽根據天文觀測的實際資料並吸取各家假說之長，提出了關於太陽系形成的看法。其要點如下：

（1） 50億年前星際物質因彼此吸引而收縮，形成一個旋轉的原始星雲團。原始星雲團不斷收縮，越轉越快，並逐漸變扁。

（2）原始星雲最初的溫度很低，為冰點以下200多度，由於收縮使大量引力勢能轉化為熱能，使其溫度逐漸升高。

（3）原始星雲收縮到大致為今天海王星軌道的大小時，其赤道處的旋轉離心力大致等於星雲本身對赤道處物質的吸引力，因此赤道處的物質便不再收縮，但星雲內部還在繼續收縮，最後就形成了一個周邊較厚而中心較薄的旋轉星雲盤。

（4）原始星雲中大約97%的物質通過收縮而在星雲盤的中心聚集成為太陽，其餘物質中細微的固體質點通過相互碰撞和引力吸引聚集成為行星。

（5）離太陽較近的區域因為溫度高，原始物質中大部分揮發性物質幾乎全部逃逸，剩下的是鐵、硅、鎂、硫及它們的氧化物，組成體積和質量較小、但密度較大的類地行星。離太陽較遠的區域因為溫度低，除了擁有類地行星物質以外還有大量的氫原子、氫分子、氦、氖等撈？鎦蕯，以及氧、碳、氮及它們的氫化物，它們組成了體積和質量均大但密度較小的木星和土星。離太陽最遠的區域的行星因受太陽的吸引力微弱，大部分撈？鎦蕯逃逸，或所存很少，行星的體積、質量、密度約介於前兩類行星之間。

（6）由於太陽曾經拋射出部分帶電物質並損失了角動量，而行星是由原始星雲中最外面的物質形成的，這部分物質的角動量本來就很大。