太陽系形成分析的論文
內(nèi)容提要截止二十世紀末，關(guān)于太陽系形成的假說已有一百多個，但這些假說僅能說明太陽系存在的部分事實。因此本文提出：太陽系的誕生，導源于銀河系中的一次并行的黑矮星之間的天體碰撞事件；碰撞中伴隨著巨大的能量轉(zhuǎn)換和能量釋放過程；隨能量的轉(zhuǎn)換，物態(tài)上也起了巨大的變化，形成了太陽元素和地球元素。隨之，有關(guān)太陽系物質(zhì)的起源、物質(zhì)存在狀態(tài)、物質(zhì)存在狀態(tài)間的聯(lián)系以及太陽系運動的動力學原理諸方面的問題都得到了順理成章的解釋。
主題詞黑矮星天體碰撞能量轉(zhuǎn)換
地質(zhì)研究表明，我們?nèi)祟惥幼〉男乔颉厍颍窃?0億年前由一個完全熔融的球體凝成的，球體外面環(huán)繞著稠密的大氣層，其中有空氣和水蒸氣，可能還有揮發(fā)性很強的氣體。
這一大團熾熱的宇宙物質(zhì)是從哪里來的？是什么樣的力量決定了它的形成呢？這一有關(guān)我們的星球和整個太陽系的起源問題，是多少個世紀以來一直縈繞在天文學家頭腦中的一個謎。自十八世紀起，由于天文觀測資料的豐富和積累，對宇宙認識的擴大和深化，各式各樣的太陽系演化假說蓬勃發(fā)展起來，到二十世紀末，太陽系演化假說已達一百多個。這些假說的提出和論爭，使人們進一步加深了對太陽系的認識。
但是，在目前已經(jīng)提出的上百個太陽系起源演化的假說中，都是從太陽系目前結(jié)構(gòu)和運動的某些特征出發(fā)，它們都僅只能說明一部分現(xiàn)象。迄今為止，還沒有一個假說能夠圓滿解答太陽系的多種多樣的現(xiàn)象，本來，探索太陽系的起源是有許多困難的，這是遙遠年代以前的事，沒有一個人目睹這個過程，一切都只能依靠今天的事實和分析來論證。目前，太陽系起源于原始太陽星云是多數(shù)學者的看法。
但地質(zhì)研究表明，地球的早期，表面分為泛大陸和泛大洋，現(xiàn)今各大陸是由泛大陸分裂以后的碎片飄移而形成的。各大陸板塊的形狀、地層、制造、巖相、古生物群落的分布、古氣候及地球物理特征等，都說明了這一點。地球早期的這個形態(tài)特征表明，它是從一個更大的星球上被撞下來的含有花崗質(zhì)殼層和基性巖殼層甚或是包括冰水殼層物質(zhì)的碎片演化而來。假若是由星云凝成的，就不可能有地球早期的這個形態(tài)特征。
基于此，考慮到地球元素的起源（地球不具備從星際物質(zhì)合成地球元素的條件）、天體演化等因素認為：我們的地球、包括整個太陽系的誕生，起源于一次天體碰撞事件。發(fā)生碰撞的兩天體應為演化到最后階段的暗天體——黑矮星。兩這個黑矮星，一個是作為太陽系誕生的母體矮星——原始的日球，一個是作為太陽系誕生的父體矮星——原始的木星。
設想，原日和原木，本為銀河系家族的成員，它們沿各自的園形軌道繞銀心運行。從太陽行星系運行軌道平面與銀道平面有很大的交角可以推知，它們繞銀心運行的軌道是平行的、并行的，它們彼此處于相對靜止狀態(tài)，均以250km/s的速度繞銀心運行。由于它們彼此間有萬有引力作用，使它們的作相向運動。終以8500km/s的運動速度發(fā)生傾斜碰撞，由此誕生了我們今天的太陽系。
碰撞大約是這樣發(fā)生的：
碰撞首先使原日的冰水圈層破裂為大小不一的碎塊，并由原木獲得相當大的碰撞運能，以極大的初速度，飛入太陽系外層軌道，成為今天數(shù)目眾多的慧星。緊隨其后，是原日的巖石圈碎裂，形成較大的和較小的碎塊，并由原木獲得碰撞初速度而具有要當大的動能。這些獲得動能的大小不一的碎塊，首先在原日面發(fā)生摩控滾動運動，使部分動能轉(zhuǎn)化為自轉(zhuǎn)角動能，脫離原日后，這些自轉(zhuǎn)角動能繼續(xù)保持，成為今天各大行星及其衛(wèi)星的自轉(zhuǎn)運動能量的由來。考察今天九大行星赤道處的自轉(zhuǎn)運動線速度自遠（冥）而近（水）分別為0．3、18．6、19﹒1、10．2、12．6、0．25、0．47、0．02和0．03km/l。一般來說，由遠至近有由大變小的明顯趨勢，這是由于它們所獲得的初速度，以及它們在日面作摩控運動時間及自身的質(zhì)量等幾方面綜合因素所決定的。如距太陽較遠的海王星、天王星和土星，是較早被撞下來的殼層碎塊，它們在原木那里接受的碰撞動能大，初速度高，在原日面作摩擦滾動運動的時間長，所以自轉(zhuǎn)速度和脫離碰撞主體星原日的運動初速度高，所以處于外軌道，且自轉(zhuǎn)速度快。而火星、地球、金星及水星等，隨后相繼脫離碰撞主體星原日，原木所具有的沖擊動能已相繼遞減。從原日面摩控滾動的跑道已越來越短，而且膨脹的氣殼物質(zhì)已大量生成，阻力大增，所以，它們從原木那里獲得的動能、初速度，以及自轉(zhuǎn)速度也相繼遞減。而冥王星是首先被撞下來的，為什么它的赤道處自轉(zhuǎn)運動線速度明顯較低呢？這是因為，那時的原日固態(tài)冰水殼層尚未來得及氣化，故摩擦系數(shù)小，因此，其赤道處自轉(zhuǎn)運動線速度也十分明顯地較低了。
天王星的姿態(tài)有些特別，它實際上是側(cè)臥著的，就象一個旋轉(zhuǎn)的陀螺一樣。它的這種運動姿態(tài)說明，原日面可能并不平坦，有高大的山體，在她獲得絕大部分自轉(zhuǎn)動能，就要脫離原日面之時，在她的一側(cè)撞到山體，使她順過未脫離原日面，形在了她特別的運動姿態(tài)。她也有能量將山體撞離，為后來者開辟道路。
值得指出的是金星，它有與其它行星相反的自轉(zhuǎn)運動方向，它的自轉(zhuǎn)角動能的獲得，有別于其它行星的成生方式。它不是從原日面滾動，而是在原木面滾動而獲得自轉(zhuǎn)動能的。因為它是趨向于最后形成的行星，當它生成的時候，原木（可能僅余下堅實的核部）已經(jīng)深入原日殼層深部，僅露脊背，仍有相當大的動能，被原木掘下的（而不是撞下的）原日殼層塊——原始金星，在原木坦露的脊背上滾動著獲得原木的動能及自轉(zhuǎn)角動能，以這樣的方式獲得的運動初速度，當然遠不及其它行星大，因此處于內(nèi)軌道，以這樣的方式獲得的自旋運動方向，當然與其它行星的自旋方向相反，且能量較低，自轉(zhuǎn)周期很長，達243天逆向旋轉(zhuǎn)一周。
碰撞中，原木亦粉身碎骨，脫去外殼層，核部與原日作用，亦使自身的產(chǎn)分動能轉(zhuǎn)化為自轉(zhuǎn)角動能，并以較大的殘余速度脫離原日，并超越水星、金星、地球及火星飛入外軌道，成為今天的木星。脫離碰撞現(xiàn)場的木星，伴隨大量的氣化物并裹攜大量的碰撞碎塊，在木星以殘余速度飛入軌道的途中，部分被拋撒于后，成為今天的小行星帶，未能掙脫木星引力場的，則成為木星的部分衛(wèi)星及木星環(huán)。
太陽也在這次碰撞事件中獲得自旋角動能，所以，太陽也有自轉(zhuǎn)運動，且與行星自轉(zhuǎn)方向相同，碰撞中（伴隨氣化），赤道處的遭扭力最大，兩極最小，故至今太陽赤道處仍以25日一周的速度旋轉(zhuǎn)，而軸部則以35日一周的速度自轉(zhuǎn)，如是不考慮原日和原木原有的自轉(zhuǎn)角動能，以及大量碰撞碎塊后來又被太陽及九大行星吸引而隕落，使自身自轉(zhuǎn)角動能改變這些后期因素的影響，那么，太陽的自轉(zhuǎn)角動能應和九大行星及其衛(wèi)星的自轉(zhuǎn)角動能相等，或要大些，因還有原木對其碰撞的推動力這一重要的因素。
還應該進一步說明的是：為什么原木對原日的碰撞所產(chǎn)生的九大行星的運行軌道不是長橢園形？這一問題也是可以說明白的。由于原木對原日的碰撞，大部分碰撞動在碰撞中轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生了大量氣化物質(zhì)和塵粒，在碰撞中迅速膨脹，形成氣殼，這些隨碰撞而產(chǎn)生的迅速膨脹的氣殼，可能充斥了現(xiàn)今太陽系范圍的大片空間。因此，碰撞產(chǎn)生的行星原始胚胎在進入運行軌道的運行過程中，受三項力的作用：第一項力是與原日球呈切線方向的運動慣性力，這是從原木那里獲得的，是行星進入橢園形軌道運動的主要動力源。其二是日球?qū)λ囊Γ隧椓ζ鸪跖c慣性力呈90°交角，并隨行星以切線方向脫離日球后的逐漸遠離而逐漸張大，使切線運動變?yōu)閽佄锞�方向運動。但這兩項力綜合作用下所產(chǎn)生的運動軌跡只能是長橢園形軌道。因此，還有第三項力的作用。這第三項力就是伴隨碰撞作用而迅速膨脹起來的濃重的氣物質(zhì)及一其相伴的塵粒物質(zhì)對新行星的阻力。這第三項力的作用，使原先可能產(chǎn)生的長橢園形軌道變得近園形一些。而作為九大行星之一的冥王星的運動軌道則有所差移，較其它行星軌道要扁些，呈蛋形。這種差異是由于其首先被撞下，氣殼物質(zhì)尚未大量形成，所以，其被氣物質(zhì)的阻力作用的改造的時間和大小要短一些、小一些的原故。而那些較冥王星誕生更早的彗星的軌道，才真正是長橢園形的了。另外，原日在原木的碰撞下，也要產(chǎn)生向環(huán)繞中心方和的運動，亦為原因之一。
這些伴隨碰撞而膨脹起來的氣物質(zhì)后來又到哪里去了？它們一少部分被九大行星俘獲，成為今天九大行星的水殼層、氣殼層，一部分落回日球，而大部分則被日球的輻射壓吹走，逸散到星際空間去了。你只要仔細觀察一下，當彗星靠近太陽的時候，總是拖著一條長長的尾巴，永遠背向太陽，那正是太陽輻射壓的作用。
九大行星俘獲這些氣物質(zhì)的本領(lǐng)是不一樣的，質(zhì)量越大的行星引力越力，俘獲的氣物質(zhì)越多，越遠離太陽的行星，引力半徑作用范圍也越大，所以能俘獲的氣物質(zhì)也越多。故遠離太陽的質(zhì)量較大的行星均成為氣體巨人。我們的地球質(zhì)量恰好。離太陽不過錯也不近，故俘獲了恰到好處的水物質(zhì)、氣物質(zhì)，在地球上便誕生了生命。而較地球稍近太陽一些的金星，雖有與地球相仿的質(zhì)量，也只能俘獲一些密度稍大的CO2，而更接近太陽的水星上就只有稀薄的大氣層了。
在天體碰撞事件中，伴隨著巨大的能量轉(zhuǎn)換和能量釋放過程，其一是動能間的轉(zhuǎn)換，其二是動能向熱能的轉(zhuǎn)換，其三是壓力勢能釋放引起的`向熱能間的轉(zhuǎn)換。
動能：
碰撞動能的產(chǎn)生導源于兩天體的萬有引力作用，在萬有引力的作用下，兩天體均產(chǎn)生相向運動和加速a，a值等于GMR-2，通過微積分的運算導出：兩天體相向運動的速度V的二次方冪與兩天體之間的距離R成反比，而與其質(zhì)量總和M成正比，即：V2=3GMR-1
這里G為萬有引力恒星。要確定兩天體的碰撞動能，關(guān)鍵在于取何R值，即兩天體半徑之和。我們假定原日和原木具有現(xiàn)今太陽系的總質(zhì)量和木星的質(zhì)量，分別為2·1030kg、2·1027kg，有天狼伴星般的密度（即3．80·109km/m3），依此計算的結(jié)果是V=8529km/s，若視原木以8500km/s的速度撞向原日，則原木所具有的動能為145·1039焦耳。此動能在天體碰撞中，少部分轉(zhuǎn)換為太陽系成員的自轉(zhuǎn)運動角動能及環(huán)繞運動的動能，而大部分則在天體碰撞中轉(zhuǎn)換為熱能。
壓力能：
固態(tài)天體內(nèi)部具有極高的壓力能是一個很少涉及的研究領(lǐng)域。以致許多天文現(xiàn)象得不到合理的解釋。我們知道，氣態(tài)物質(zhì)的壓力能可以用壓強P和體積V的乘積來表示，固態(tài)天體內(nèi)部的壓力能，同樣也可以用壓強P和體積V的乘積來表示，而單位質(zhì)量物質(zhì)所具有的壓力內(nèi)能值，則可以用壓強P除以密度D求得。
若原日那般質(zhì)量（2·1030kg）的天本坍縮為天狼伴星般平均密度的天體，內(nèi)部壓強和單位質(zhì)量所具有的壓力能值隨深度變化的情況是：
深度壓強值單位質(zhì)量壓力能值
4km8．09·1019pa2．12·1010J/kg
19km3．85·1020pa1．01·1011J/kg
100km2．04·1021pa5．38·1011J/kg
1009km2．68·1022pa7．05·1012J/kg
5000km2．36·1028pa6．2·1018J/kg
5008km（核）1．91·1030pa5．0·1020J/kg
這些儲存于天體內(nèi)部的壓力勢能，在特殊的條件下，可以直接轉(zhuǎn)換為熱能。其理論解釋是：構(gòu)成物質(zhì)的分子、離子，甚至構(gòu)成原子核的基本粒子，如質(zhì)子、中子，屈服于外部的壓力勢而收縮，這些在外部壓力的作用下而收縮的分子、離子，在外部壓力驟減時，由于壓力能的迅速釋放，使這些受壓迫而緊縮的分子、離子伸張而彈射出晶格，使物質(zhì)從固態(tài)熔融為液態(tài)，在壓務能的釋放值足夠大時，甚至可以使構(gòu)成原子核的基本粒子，如質(zhì)子、中子之類，從原子核中彈射出來，使原子核解體。太陽元素的形成，就經(jīng)過這樣的轉(zhuǎn)變過程。原日演化到高密度的黑矮星階段，在其物質(zhì)構(gòu)成中，已有大量的質(zhì)子和電子結(jié)合成為中子，使（核內(nèi)）中子數(shù)大大超過質(zhì)子數(shù)，并在內(nèi)部引力的作用下，坍縮成為極高密度的天體。當原木對原日的碰撞，使原日面產(chǎn)生深達數(shù)百公里的輻射狀斷裂時，壓力能的釋放，顯然有能量使這些受壓迫而呈緊縮態(tài)的中子和質(zhì)子爆發(fā)，成為高達數(shù)千萬甚至上億攝氏度高溫的粒子流，從裂隙中噴射出來。中子單獨存在時不穩(wěn)定，平均約15．25秒鐘，即衰變?yōu)橘|(zhì)子和電子，并釋放能量。現(xiàn)今太陽上最豐富的地素是氫，其生成機理，大約就是這樣的。氫元素的大量生成，在了現(xiàn)今太陽上進行熱核聚變反應的原材料
這里，再以壓力能的釋放為線索，說明地球、月球的形成過程：
在說明地月形成過程之前，必須首行解放說明，原木和原日為具矮星態(tài)殼層結(jié)構(gòu)的天體，其殼層結(jié)構(gòu)為：外殼層為輕元素的原子核和自由電子的緊縮態(tài)殼層，內(nèi)殼層為較重元素的原子核和自由電子的緊縮態(tài)殼層，越向內(nèi)殼層原子核中的中子比例數(shù)越高。
原木對原日的碰撞，使含有原日不同殼層物質(zhì)的碎塊被撞下，成為地月的原始坯胎。原始地月坯自原木獲得碰撞動能，首先在原日面摩擦滾動，將自身部分動能轉(zhuǎn)化為自轉(zhuǎn)角動能，并將部分動能由摩擦滾動傳遞給日殼，使日殼亦產(chǎn)生自轉(zhuǎn)運動，與此同時，即在內(nèi)部壓力的釋放過程中開始膨脹，隨膨脹，各原子核拉回屬于自己的電子，成為常態(tài)化學元素，這些不同的化元素又進一步按電負性的不同，進一步結(jié)合成為分子，從而完成矮星態(tài)物質(zhì)向常態(tài)物質(zhì)的過渡。當?shù)卦屡魍暝谶@一物態(tài)上的轉(zhuǎn)變，并獲得相當大的自轉(zhuǎn)角動能就要脫離原日面之時，即成為化學成分不同的熔漿態(tài)，原外殼層成為花崗質(zhì)熔漿態(tài)，內(nèi)殼層成為基性熔漿態(tài)，由于原屬內(nèi)殼層的基性熔漿態(tài)一側(cè)內(nèi)能（壓力能和熱能）更高，壓力能轉(zhuǎn)換熱值高，所以形成的熔漿溫度更高，甚至可以出現(xiàn)部分高溫氣化態(tài)物質(zhì)，且基性熔漿較酸性熔漿具有更大的流動性。因此，少部分基性熔解漿稍先脫離日面，成為新生的月球，稍后，熔融的新生地球也脫離母體，追隨新生的月球而去，雙雙飛入繞日運行軌道。月球的自轉(zhuǎn)周期與繞地轉(zhuǎn)動周期相等，都是27．32日，一面永遠朝著地球，且其繞地轉(zhuǎn)動方向和地球自球方向一致，好象地球的一部分一樣，且月球巖石是由玄武巖、輝長巖、蘇長巖一類的基性巖石組成，正說明了月球的這種成因。因此，月球和地球，是從一個胚胎中分裂而成的孿生兄弟。無獨有偶，冥王星及其衛(wèi)星，也是一對孿生兄弟。
這種太陽系新生成員的熔融狀態(tài)，從火衛(wèi)一和火衛(wèi)二的外部形態(tài)也可以看出，它倆的個頭不大，呈三軸橢球體狀，它們的這種形態(tài)說明，它們是以熔漿態(tài)，快速飛離原日的過程中就很快冷凝的。如果在進入軌道后再緩慢冷卻，那就只能成為兩軸橢球體。甚至是正園球體了。它們的這種形態(tài)，同時也說明了在太陽系誕生之初，氣物質(zhì)對它們的阻力作用。
在太陽系的眾多衛(wèi)星當中，也不乏逆行的衛(wèi)星，那是因為有一部分衛(wèi)星在誕生之初，亦以行星的姿態(tài)出現(xiàn)。在它們以后的統(tǒng)日運動過程中，被附近運行的大行星體捕獲，因而成了大行星體的衛(wèi)星，由于輔獲方向的不同，產(chǎn)生了正向和逆向運行的運動形式的區(qū)別。
至此，有關(guān)太陽系物質(zhì)的物質(zhì)起源，物質(zhì)存在狀態(tài)、物質(zhì)存在狀態(tài)間的聯(lián)系以及太陽系運動的動力學業(yè)原理諸方面的問題都得到了合理的解釋。
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