在浩瀚的宇宙中,太陽散發著一點微弱蒼白的光,它是如此的微不足道,但對我們來說,它是無邊無際的宇宙中一個安全的避難所。只有在地球這裡,在這個脆弱的小石頭上,或者其他的類似的星球上,生命才能得以生生不息。沒有行星,哪有我們的家,研究行星和恆星的形成機制是對人類自己的負責,也是一種對未來的負責。從今天開始,我就開始系統地梳理我們所知道的宇宙,各種權威理論知識,希望大家能夠喜歡。
幾十億年前,在離太陽恰好的位置上,正確的元素,按照適當的比例,結合在一起,於是地球便形成了,還帶來了充滿活力的生命。火山吐出了大氣,雨水恩澤了大地,太陽給出了溫暖,於是地球就開始進化了。
隨著它的進一步發展,地球披上了蔚藍的色彩,面目越來越清秀。資源、水,冰、雲、大氣和磁場保護著我們,滋養著各種生命。地貌在恆星光的照耀下,發生了奇特的變化。
科學家已經拜訪了許多具有生命發展條件的星球,每處的景色,都深深地印在人們的腦海裡,火星的沙土平原,偶見幾塊嶙峋的石頭;被冰雪覆蓋的海王星荒原,一望無際。霧氣繚繞的木星,四處響起雷鳴的聲音;土衛二的大海,波濤洶湧。一個巨大城市樣的創世之柱,一層疊加在一層之上,有些地方看起來很神秘,有些行星感覺和地球別無二致。行星和衛星在望遠鏡前閃過,我們穿越了一個個星系群,到達了宇宙的460億光年之外。
首先我們需要尋找的是行星,大量的行星,如果我們的地球擁有生命在太陽系中只是一個意外,就算我們恰好發現宇宙中唯一擁有生命的行星,我們也不能穿越銀河系,到其他高等文明接受先進的科技知識。
宇宙中的行星數目有多麼龐大?我們先看看地球是怎麼形成的。要構建一顆像地球一樣的巖質行星,我們需要有鐵、碳、氮和氧這樣的重元素,這些元素在太陽誕生前期卻非常的稀少。氫和氦構成了太陽中99.8%的原子,通過核聚變反應穩定的產出較重的元素,這些反應進行的同時,也為恆星提供發光的能量。在核反應聚變中,較輕的元素合成較重元素期間會釋放出巨大的能量。
當恆星消耗完所有的能量,就會產生巨大的爆炸和噴射物,它的外層將重元素釋放到太空中,超新星的爆炸釋放出巨大的能量,生成更加重的元素。
如果恆星所在的星系足夠大,比如像我們的銀河系這樣的,星系的引力,就會把重元素保留在星系裡面。它們與其他的碎片結合,形成氣體雲或者塵埃,最終還可能成為新的恆星或行星。所以具有行星的恆星都是在原來老去恆星基礎上形成的,否則就沒有形成行星必備的重元素材料。
宇宙形成於約150億年前,直到100億年前才有足夠的重元素來創造出像地球一樣的行星。布魯斯.賈克斯基博士是歐羅拉多大學波爾得分校,大氣和空間物理學實驗室的地質學教授總結道:「如果我們討論的是幾十億年前,說許多年前是可以的,但是,如果是一百幾十億年前,那就太久遠了,所以我們得把視野縮窄一點。」
當我們擁有了所需的重元素。那麼行星又是怎樣形成的呢,根據目前的理論,碎片形成了旋轉雲,他們就好像做比薩的麵團,如果我們甩動,旋轉,它就會變成薄薄的一張麵皮,相似的旋轉雲將會坍縮成一個很薄的物質盤,在密度大的物質盤的中間會形成恆星。在宇宙中這種物質盤很常見,它看起來就像旋轉的飛碟,大約有四分之一到二分之一的恆星形成時會留下周圍的圓盤,這些圓盤裡的顆粒會慢慢聚集成大顆粒,它們互相碰撞形成更大的結構,最後形成微行星的小型天體。隨著引力的加大,它們開始橫掃軌道處的物質,成為一個較大的行星。理論上離恆星越遠形成的行星體積越大,其離恆星越近的軌道周長也就越短,繼而製造行星的材料也就越少。
與恆星之間的距離除了影響行星的規模以外,還影響行星的組成成分,離恆星越近,物質盤越熱,只有那些具有高熔點的物質,比如鐵和巖石,能夠保持固態,因此大多數行星和微行星都是由這些元素組成。在我們太陽系中,離太陽近的四大行星,水星、金星、地球和火星,主要是由密度大的巖石和鐵構成。
離太陽遠的地方,氣溫更低,更多的輕物質會凝結起來,比如水,甲烷,氨氣等,它們構成了地外行星的核心部位,行星越大引力就越強,也就可以吸引更多的輕氣體,比如氫氣聚集在行星周圍,成為龐大的大氣層的一系列過程,催生了遙遠的氣態巨行星,像木星和土星。以木星為例,它的核心部位是地球的10倍重,這已經非常了不起,如果再算上它厚厚的氫氦大氣層,木星的質量達到了地球的318倍,每一顆行星都是在獨特環境下形成的產物。
如果這個理論是正確的,那麼行星的形成,就是恆星形成過程中一個自然而然的事,宇宙中應該充滿了這種行星,我們當前的理論在解釋太陽系內的特徵上,效果頗有成效。但到最近幾年,我們一直都沒有其他任何恆星系可以來測試和比較,在過去的一連串的發現讓行星形成的理論,變得疑點重重。所觀測到的行星比之前更加的普遍,也有力地支持了我們的理論,但人們發現在其它恆星周圍的行星和我們自己太陽系內的行星不太一樣,這讓我們不由產生懷疑和思考。
賈科斯基博士解釋說,我們發現了許多行星,都是古怪的形象,為了解釋這些古怪行星的存在,許多新的理論,紛紛提了出來。雖然大多數還是以物質盤圍繞著正在形成的恆星旋轉開始,但也有許多人提出了和太陽系形成的方式不一樣的理論。我們也漸漸意識到,宇宙比我們想像的更加神奇、複雜。
恆星周圍的物質盤顯示了多個環和環縫,說明有多顆行星正在形成,它們將把各自軌道上的塵埃和氣體變為自身的一部分。這顆恆星的年齡才100萬歲,原行星盤看起來比理論上的更加成功,這說明行星形成的速度比科學家們認為的要快得多。
這個理論認為,最初一代古老的大質量恆星發生了超新星爆炸,形成了劇烈宇宙風把大量的星際物質推到很遠的地方,產生了最初星系的雛形,俗稱矮星系,當中並沒有形成恆星的條件。暗物質被移除到星系之外,沒有中心引力,導致矮星系缺少恆星的存在。數據解釋了銀河系氘的不均勻分布,氘會與星際塵埃結合變成很難被觀測到的的固體形式。
吸積盤不穩定理論認為,行星形成之初,恆星外環的吸積盤是處於不穩定的擴散狀態,彼此融合又保持在恆星引力範圍,使物質之間的融合加快,形成較大氣態行星和巖石行星,理論上在最中間軌道形成的行星體積和質量最大,靠近太陽和太遠離太陽都不可能形成較大行星,太遠距離引力不足,物質越稀薄,只能形成矮行星。這個理論使行星的形成速度只需要幾千年就能保存穩定。
事實到底如何,目前還沒有定論,只能各抒己見,似是而非。筆者的觀點認為,行星形成必須要有核心。
當時在太陽系之處誕生了十幾個恆星,其他的恆星都處於不穩定狀態,壽命過短而爆炸形成了白矮星,經過幾億年的燃燒坍縮成了行星的核心,它們具有足夠的引力吸收周邊的物質,核心越大行星就越大,重力就越大,這也能解釋為何有的行星核心是熾熱的,有的卻不太活躍,像火星,核心基本冷卻,磁場也越來越弱。
地球遠古時期一定是顆火球,隨著核心的冷卻,體積的增大,才變得適宜生命的生存,未來肯定還會進一步冷卻,但時間的跨度可能是上億年,地球本身也46億年了。
通過對比已發現具有行星的恆星,多數都處於紅矮星的階段,都是一些古老的恆星系,或者已經存在過幾代恆星的系統。年輕的恆星或第一代恆星,具有雙星以上的恆星系統,都沒有行星存在。說明恆星留下的小質量核心是形成行星的關鍵,這也能解釋為什麼我們發現的行星基本上是超級地球,因為冷卻的白矮星或者說形成恆星必須要達到一定的質量,短暫的小質量恆星還是比較少數的,那麼所留下的核心基本是質量比較大的,形成的行星必然就大。
而一些質量巨大的核心形成了黑洞,變成了星系的核心,每一個星系中心都應該具有核心。未來一定能證明我理論的正確性,我們拭目以待吧。