意料之外的太阳“甘霖”，联系起了两大太阳科学之谜

内容导航：

意料之外的太阳“甘霖”，联系起了两大太阳科学之谜

我们人类一直都在研究观察着太阳系，那么在太阳系边缘有什么奇怪的事发生？

有关太阳系形成的假设有哪些

太阳为什么会发光

一、意料之外的太阳“甘霖”，联系起了两大太阳科学之谜

在2017年中期的5个月里，艾米莉•梅森（Emily Mason）每天都重复着同样的事情：来到美国航空航天局（NASA）位于马里兰州格林贝尔特的戈达德航天中心（Goddard Space Flight Center），坐在自己的办公桌前，打开她的电脑，然后凝视太阳的各类图片——就这样看一整天，每天如此。“我大概查看了相当于三到五年间的图片数据。”梅森估计道。忽然，在2017年10月的时候，她停了下来，因为她意识到一直以来她所仔细查看的对象是错的。

梅森是华盛顿特区美国天主教大学（The Catholic University of America）的研究生，目前正在寻找日冕雨（coronal rain）：一种巨大的等离子体（plasma）团状物或电气化的气体团，它们从太阳外层大气以雨滴般的形状洒落回太阳表面。梅森一开始预计能找到日冕雨的位置会是盔状冕流（helmet streamer），一个数百万千米高的磁环（magnetic loop）区域，因与骑士的尖头盔形状相似而得以命名，在日食期间能明显观察到从太阳中突出的形状。计算机模拟预测，在盔状冕流中可能会找到日冕雨。对从太阳逃逸进入太空的气体，也就是太阳风（solar wind）的观察暗示着，日冕层中可能正在“降雨”。如果梅森能够找到日冕雨，那么日冕雨产生背后的物理机制将对一个谜题产生重大的影响，这个谜题困扰了科学家七十多年：太阳的外层大气，即日冕（corona）为何比太阳表面的温度高出如此之多。然而，经过了近半年的寻找，梅森根本就找不到日冕雨的踪迹。“踏破铁鞋，”梅森说道，“寻觅的对象却压根从未发生过。”

就像这张图片中左侧显示的那种冕流，梅森在盔状冕流中寻找着日冕雨。这张图片拍摄于1994年日食期间的南美洲。在冕流的西侧分支中有一个较小的伪冕流（pseudostreamer），位于图中的右侧。因与骑士的尖头盔形状相似而得以命名，盔状冕流向外延伸到太阳最外层的微弱日冕，在太阳耀眼的表面阳光受到遮挡时最容易被观测到。

版权：© 1994乌皮采天文台（Úpice observatory）和沃伊捷赫•鲁辛（Vojtech Rušin），© 2007米洛斯拉夫•德鲁克米勒（Miloslav Druckmüller）

而事实上，问题不是出在她所找的对象上，而是出在了她所找的地方。在4月5日发表于《天体物理学杂志快报》（Astrophysical Journal Letters）的论文中，梅森和她的共同作者描述了在某处第一次观测到日冕雨的发现，这个地方就是一种此前一直被忽视的较小的太阳磁环。在错误方向上漫长而曲折的寻觅之后，这项发现在日冕的异常高温和低速太阳风（slow solar wind）的起源之间建立了新的联系，而这两者则是如今太阳科学所面临的最大的两个谜团。

太阳上如何降下甘霖

太阳是一个等离子体大火球，充斥着围绕巨大燃烧着的磁环而生的磁场线，借助安装在NASA太阳动力学天文台上的高分辨率望远镜，研究人员观测到的太阳与地球似乎毫无物理性质上的相似之处。但在对太阳炽烈混乱的解析上，我们的地球母亲提供了一些有用的指引：其中就包括降雨。

在地球上，降雨只是恢弘水循环的其中一部分，是热量推动与重力拉动之间无休无止拉锯战的一部分。当汇聚在地球表面海洋、湖泊和溪流这些地方的液态水被太阳加热升温，其中一部分蒸发变成水蒸气，向上进入大气层后冷却并凝聚成云，这些云的质量持续增长，直到最终抵抗不了重力的作用，这些水便以降雨的形式落回地球，再次汇聚，如此循环往复。

梅森表示，太阳上日冕雨的形成机制与上述过程类似：“但不同于（地球上）60度的水，（在太阳上）你所面对的是上百万度的等离子体。”等离子体是一种带电气体，不会像水一样聚集在一起，而是沿着太阳表面浮现的磁环运动，就像过山车沿着轨道运动一样。在磁环的底部，也就是磁环链接太阳表面的地方，等离子体被加热到几千到180万华氏度（约100万摄氏度）的极高温度。在如此高温的条件下，等离子体向外延伸，在磁环的最高处聚集，离加热源相当之远。当温度下降时，这些等离子体密度就会变大，凝结成日冕雨被太阳引力拉回磁环的底部。

梅森此前一直在盔状冕流中寻找日冕雨，但她在这个特定区域寻找的动机，更多是因为这一潜在的加热-冷却循环而非日冕雨本身。至少从二十世纪九十年代开始，科学家就已经知道盔状冕流是低速太阳风的一个来源，低速太阳风是一种速度相对缓慢、密度相对更大的气体流，与速度更快的太阳风分离开来，各自为营从太阳逃逸进入太空。然而，对慢速太阳风的测量结果显示，在冷却下来逃离太阳之前，慢速太阳风曾被加热到极高的温度。如果日冕雨背后这一加热-冷却的循环过程是在盔状冕流内部发生的，那它可能就是揭开低速太阳风涞源之谜的重要一环。

谜团背后的另一个原因则与日冕加热问题（coronal heating problem）有关。日冕加热问题指的是：太阳外层大气的温度比太阳表面高出近300倍的未解之谜，我们仍不知道这一现象的机制和原因。模拟显示，只有在对磁环的最底端施加热量时，日冕雨才会形成，这一点有些不同寻常。“如果日冕雨在某个磁环上降下，那就说明在这个磁环底部不大于10%的区域有日冕正在被加热。”梅森说道。日冕雨的降雨带为确定日冕加热的位置提供了一个测量点，或者说一个截止点，巨大的盔状冕流是他们所能发现的最大的降雨带，从盔状冕流开始寻找似乎是一个合理的决定，能将成功找到日冕雨的几率最大化。

梅森手握着这项研究工作最理想的数据：由NASA的太阳动力学天文台拍摄的图像。太阳动力学天文台这一航天器每12秒就会对太阳进行一次拍摄，从2010年发射开始，从未间断。然而，寻找日冕雨的工作已经进行了半年之久，梅森始终没能在任何盔状冕流中发现哪怕一星半点日冕雨的踪迹；不过她注意到了一些对她来说并不熟悉的微小磁性结构。“它们的亮度非常高，一直吸引着我的注意力，”梅森说道，“当我终于不再对它们视若无睹的时候，我发现在这些微小磁性结构里，日冕雨会一次性持续降落数十个小时。”

冕雨有时能在太阳爆发（solar eruption）期间被观测到，就像这幅来自NASA太阳动力学天文台（Solar Dynamics Observatory，SDO）2012年的动图所示，与太阳耀斑（solar flare）相关的剧烈加热现象在太阳爆发后突然中断时，余留的等离子体就会冷却并落回到太阳表面。梅森所寻找的日冕雨与太阳爆发无关，而是由周期性的加热-冷却过程引起，类似地球上的水循环。

版权：NASA的太阳动力学天文台/科学可视化工作室/首席动画师汤姆•布里奇曼（Tom Bridgman）

一开始，梅森专注并执着于她的盔状冕流搜寻工作，以至于踏破铁鞋却一无所获。“她参加组会的时候说道：‘我一直找也找不到，在这些其他的结构里我一直看到日冕雨的降落，但就是无法在盔状冕流里发现它们。’”尼科琳•维奥（Nicholeen Viall）说道，她是戈达德的一名太阳科学家，同时也是论文的共同作者。“然后我说：‘什么？等一下，你在哪看到日冕雨了？我认为还从来没有人发现过那些结构！’”

日冕加热的测量标杆

这些结构在很多方面都与盔状冕流不同，但其中最引人注目的是它们的大小。

“这些磁环比我们所寻找的要小得多，”斯皮罗•安蒂奥克斯（Spiro Antiochos）说道，他是戈达德的太阳物理学家，同时也是论文的共同作者，“所以这意味着，日冕加热的局域性比我们想象中的要更甚。”

梅森的文章分析了3处“日冕雨空点拓扑结构”（Raining -Point Topologies，RNTPs）的观察，RNTPs是一种磁性结构，此前一直被忽视，在这张图中以两种极紫外光（extreme ultraviolet light）的波长显示出来。在这些相对较小的磁环中观察到的日冕雨表明，日冕加热发生的区域可能比此前预期的范围限制更小更集中。

版权：NASA的太阳动力学天文台/艾米莉•梅森

虽然这一研究结果并没有解释日冕究竟是如何被加热的，“但这一发现的确进一步缩小了日冕加热可能发生的范围。”梅森说道。她找到了高度约为3万英里（4.8万千米）的降雨带，这大概是她最初搜寻的盔状冕流高度的百分之二；而日冕雨则缩小了日冕加热可能发生的范围。“我们仍不清楚究竟是什么在对日冕进行加热，但我们知道这一过程必须在这一层结构中发生。”

慢速太阳风的新来源

然而，此次的观察中有一处不符合从前的理论：基于现有的理解，日冕雨只会在闭合的磁环中形成，因为在闭合的磁环中，等离子体可以在没有任何逃逸路径的情况下聚集并冷却；但随着梅森对数据的筛选，她在非闭合的开放磁场线中也发现了日冕雨的存在。这些磁场线的一端固定在太阳上，另一端则延伸到了太空里，因此这些磁场线上的等离子体能够逃逸形成太阳风。为了解释这一反常的发现，梅森和她的团队提出了另一种分析，她们将这些微小磁性结构中的日冕雨与慢速太阳风的来源联系了起来。

在这个新的解释中，日冕雨等离子体的降落之旅始于一个闭合的磁环，但通过一种被称为磁重联（magnetic reconnection）的方式，这个闭合的磁环在中途会转换成一个开放的磁环。磁重联这种现象在太阳上时常发生：当一个闭合的磁环撞上了一条开放的磁场线时，该系统就会自动重联。突然之间，闭合磁环上被过度加热的等离子体发现自己处于一条开放的磁场线上了，就像火车突然变轨一样。某些等离子体会迅速膨胀、冷却，然后以日冕雨的形式降回到太阳表面；另外的等离子体则会逃逸进入太空，他们推测这些等离子体会成为慢速太阳风的一部分。

梅森目前正在对这一新的解释进行计算机模拟，她同时也希望，即将与世人见面的观测数据能证实这个新的解释。如今，于2018年发射的帕克太阳探测器（Parker Solar Probe）正在前往太阳的途中，它已经比此前所有的航天器都要接近太阳，它能飞跃慢速太阳风的爆发之处，而慢速太阳风能追溯到太阳表面发生的事件，这之中可能就有梅森的日冕雨事件。在开放的磁场线上观察到日冕雨之后，一部分等离子体逃逸到太空中变成太阳风，通常情况下我们的后代将不再能看到这些等离子体；但不久之后这将不再是一个难办的问题，“未来我们或许可以通过帕克太阳探测器让我们的后辈‘见到’这些等离子体，并告诉他们，‘看，那就是。’”维奥说道。

在数据中挖掘真相

那么在盔状冕流中究竟能否找到日冕雨呢？研究人员仍然没有放弃继续搜寻。模拟的结果清楚地显示：那里确实应该存在日冕雨。“可能只是雨点太小了所以我们还没看到？”安蒂奥克斯说，“我们也不知道。”

但是话说回来，如果梅森一开始就在盔状冕流中找到了她所寻觅的日冕雨，那她可能就不会有现在的这个新发现，或者只是将所有的这些时间花费在了理解太阳数据的来龙去脉上。

“这项工作听起来是个苦差事，但说实话，这是我最喜欢做的事情，”梅森说，“我的意思是，这正是我们建造能拍摄如此多太阳照片的探测器的原因：这样我们就能对它们进行分析，弄明白其中的奥秘。”

参考：

[1] https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/unexpected-rain-on-sun-links-two-solar-mysteries

[2] https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab0c5d

一、我们人类一直都在研究观察着太阳系，那么在太阳系边缘有什么奇怪的事发生？

新的第九行星出现了。

1、冥王星曾被公认为太阳系的第九大行星，但在2000年，天文学家在太阳系边缘发现了一个新的天体，其体积不断增大，于是专家将冥王星降级为矮行星，这在《冥王星为何被从九大行星名单中剔除》中有所提及。

2、2016年，研究人员检查了海王星的外层空间，柯伊伯带携带了6颗小型冷星。他们发现所有这些恒星都有椭圆轨道，它们的轨道都向同一个方向偏斜。研究人员解释说，这可能是一颗未知的行星。它可能是太阳系中第九大行星。这颗行星的引力会让整个太阳系摇摆，这些恒星轨道的摇摆也是他造成的。

3、Batygin博士说，没有其他模型可以解释这些高轨道倾角的奇怪东西。除非第九大行星提供了额外的引力，否则不符合天体运动规律。

4、关于第九大行星，天文学家认为这颗遥远恒星的质量和大小可能不小，这可以解释太阳系边缘的小行星和海王星外冰的异常现象。同时它非常遥远，巨大的轨道意味着它绕太阳一周需要1万年到2万年。同时，它的出现也可能有助于人类了解太阳系的起源和演化。

在太阳系的边缘有一颗粉红色的行星

1、很少有行星是亮色的，但美国卡内基科学研究所天文学家斯科特·谢泼德(Scott Shepard)却在太阳系边缘发现了一颗风红色的矮星，命名为2012VP113。其直径为450公里，2012年的VP 113位于冥王星的太阳系外缘。科学家曾经认为那里没有行星，但这颗粉红色的恒星刷新了科学家的知识。在五大太阳系边缘发现的一个奇怪的东西，一颗粉红色的行星围绕太阳旋转(1100年一圈)。

2、至于它为什么是粉红色的，它是由粉红色的冰和岩石组成的，它绕着太阳缓慢地运动。这颗行星是在太阳系和外太空之间被称为“内奥尔特星云”的神秘区域发现的第二个天体。天文学家认为，有数千个以前未知的物体绕着太阳运行，也许离太阳很远。

二、有关太阳系形成的假设有哪些

星云说：康德(Immanuel Kant)首先提出了太阳系起源的星云假说
拉普拉斯（Pierre Simon Laplace）也独立提出了关于太阳系起源的星云假说。
灾变说
俘获说

一般认为太阳系是由一团星云在距今约四十六亿年前由于自身引力的作用逐渐凝聚而成的，它是一个在很大范围内由多个天体按一定规律排列组成的天体系统。这个太阳王国的成员包括一颗恒星、九大行星、至少六十三颗卫星、约一百万颗小行星和无数的彗星等。
九大行星是太阳系的主要成员，按离太阳的距离由近及远的顺序依次是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。他们都在接近同一平面的近图形轨道上以同一方向自西向东饶太阳公转。九大行星除水星和金星外，都有天然卫星相随，现已探测到的太阳系卫星总数约68颗。木星、土星、天王星和海王星还有环带。
太阳系八大行星，按离太阳的距离（从左到右）由近及远依次是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。 形成
在我们所属的银河系中，大约有2千亿颗各类不同的星星。虽然复杂，却以一定的秩序在运转着。大约在46亿年前，在银河系的某个地方，有颗超新星发生爆炸。爆炸引发了强烈的震波，扩散到整个星际云，导致星际云的密度不平均。在星际云的某个部份密度提高，最后开始收缩，形成了原始太阳系星云。在持续收缩中，中心部份的温度逐渐升高，就诞生了原始的太阳。原始太阳系星云开始像圆盘一般，绕着原始太阳一直旋转。
当收缩结束，原始太阳系星云就开始冷却，矿物粒子也凝结沉淀在圆盘的赤道面上。然后，矿物粒子又分裂成许多团块，形成了无数个直径10公里左右的「微行星」小天体。微行星一再剧烈撞击、合并，有些被撞碎了，有些却撞成一团，就逐渐发展为原始行星。就这样，拥有九个行星的太阳系诞生了。
而太阳系就是指太阳，和它附近的一些行星、卫星、彗星，还有许多小行星、微粒与气体等行星间物质。
英提出行星形成新假设 太阳系形成不具代表性

近10年来，天文学家在太阳系外星系发现了上百颗行星。英国科学家最新的研究表明，这些行星的形成过程与地球等太阳系行星的形成过程可能不同，并据此认为传统的行星形成假设并不完善。

基于太阳系总结出的传统行星形成假设认为，恒星周围气团中的尘埃逐渐聚集成岩石，这些岩石最终成为行星的核，核随后再吸引大气。据最新一期英国《新科学家》杂志报道，英国莱斯特大学的科学家发现，这种假设并不能完全说明近年来发现的太阳系外行星的形成过程。

这些行星的质量比木星大得多，但是它们与其围绕公转的恒星的距离比日地距离还要近。如果按照传统的行星形成理论，这些行星在形成过程中，就会在引力作用下“掉入”恒星中去。另外，这些行星的公转轨道更趋向于椭圆，而地球等行星的公转轨道更近似于圆形。

研究人员推测，太阳系行星的形成过程也许不具有代表性，太阳系外行星的形成过程可能是：星系中恒星周围的尘埃团出现不稳定，突然间分崩离析成碎片。各个碎片在自身重力作用下不断塌陷，形成行星。负责此项研究的科学家在接受采访时称，太阳系可能是银河系中独一无二的星系。

但是，专家同时指出，由于天文观测手段的局限，目前还不能在这个问题上下结论。要真正搞清楚太阳系中行星的形成过程是否特殊，还要更长的观测时间。

人类能否找到地球外的生存基地？这是一个极富吸引力的永恒问题。由国际天文学家组成的研究小组为此找到了新的线索。他们在2月15日出版的《科学》杂志上发表报告称，发现了酷似太阳系的另一个行星系，那里的“木星”和“土星”活灵活现，而其他对号入座的行星仍有待定位。

它在哪里？

这个名为OGLE-2006-BLG-109L的行星系就像一个微缩版本的太阳系，而那里的两颗气体行星也就像是等比例缩小的木星和土星。

报告称，这是一个惊喜，它表明类似太阳系这样的行星系统在宇宙中是比较常见的。人类寻找外星生命，以及建设地球外生存基地多了一份希望。

该星系距离地球约5000光年。新发现的“太阳系”拥有缩小版本的“太阳”，该恒星大小只有太阳的一半。而其两个行星中，较小的行星运行轨道与其恒星的距离大概是较大行星与恒星距离的两倍，就像土星轨道到太阳的距离是木星的两倍一样。据测算，“小木星”的质量是木星的70%，“小土星”是土星质量的90%。

尽管这颗恒星远比太阳暗，但两颗行星上的温度却很可能与木星和土星的温度类似，因为它们更加靠近恒星。研究小组还认为，在更加接近这颗“小太阳”的地方，或许存在类似地球和火星的类地行星（即岩石行星）。

如何发现？

由11个望远镜组成的全球天文网络验证了这一新发现，其中包括英国著名的利物浦望远镜。这一发现还得益于“重力微透镜”技术。该技术原理为：如果在遥远恒星和地球望远镜之间有另一颗恒星穿过，这颗介入的恒星的引力就会像透镜一样，将遥远恒星的入射光放大；当一个行星围绕最近的恒星旋转时，行星的引力也会对光产生一定影响。通过对光的变化的研究，科学家发现了相关行星的存在。

这种理论是由爱因斯坦最先提出的。爱因斯坦在1912年对这一未来的天文观测技术进行过预测。如今，来自11个国家的天文学家都在利用重力微透镜技术搜寻和眺望第二个“太阳系”。

新的家园？

研究者普遍认为，外星生命的存在一般要符合以下规律：首先，行星系中要有类地行星，即所谓的“可居住区”；其次，该地区的温度不能过高或过低，应该能够让水以液态的形式存在；第三：固态行星要比气态行星更适合生存。

去年4月，科学家发现了距地球20光年之遥的行星“格里斯876”，并且认为它是外太空“第一颗适合人类居住的行星”，但后来经过一系列试验，研究人员认为它不太可能有生命存在，因为它的结构和地球有很大不同。而此次新发现展现了一个太阳系的类似物，或者说是一个“缩小了的太阳系”，科学家对外星生命环境的分析又有了新目标。

美国俄亥俄州州立大学的天文学助理教授斯科特·高迪表示，理论家们一直在猜测，其他“太阳系”中的气体行星，是否也像我们太阳系中所见到的那样形成和运行？现在第二个“太阳系”的发现验证了这个假设是成立的。人们有理由进一步猜测，这个新星系中有尚待发现的固态行星，甚至“小地球”。

圣安德鲁斯大学的马丁·多梅内克博士说：“最近一系列的探测发现显示，某些行星系与太阳系的类似程度越来越高。我们甚至可以预期，某天就能发现一颗围绕着新恒星运转、类似地球的行星，那将是我们新的家园。”

据英国媒体今晨报道，科学家量度月球金属内的钨同位素，发现地球和月球可能在太阳系形成后的5200万至1.52亿年间出现，但认为6200万年最为准确。

关于月球的形成，科学界主流意见认为，月球本是地球的一部分，当时地球受火星大小的物体撞击，大量岩浆喷出，凝固后环绕地球运行，就成为了月球。
刊载在《科学》（Scientific American 中文版）2000年第10期上的《太阳系的起源及其各个演化阶段》一文，首先提出太阳系起源理论。并成功地解释了诸如，小行星的形成机制、天王星为什么躺着运行等太阳系的许多未解之谜。该理论认为，根据当前科学界对太阳系起源的共识，太阳系的星体是由同一块星云形成的。也就是说：太阳系初期所形成的所有太阳系天体，包括太阳、各大行星、卫星和未能形成大星体的碎块都是由相同的物质所组成。这些星体在其形成之后漫长的50多亿年的演化过程当中，由于每个星体的体积、质量和在太阳系中的空间位置各不相同，每个星体在各自的演化阶段中都有着非常大的变化。我们也必须意识到，这种变化的主流是不可逆的。本文在此，就当前太阳系的其他未解之谜，再探讨太阳系天体的演变过程。

一、 月球的起源和它的演化过程
月球是距离地球最近的天然大天体，是地球的卫星。它现在距离地球大约38.4万千米的轨道上运转着。它是直径3500千米的近似球形的星体。它也是人类唯一访问过的地外星体，并且对它保持有大量的岩石采集标本。总之，月球是人类除地球之外最熟悉的大天体。由于在月球表面，现在没有流动着的液体或气体，所以它的上面保存着几十亿年来变化的痕迹。将之与地球相对比，能演示月球的演化过程，对深刻地理解我们所生活着的地球和太阳系至关重要。
如果，太阳、地球、月球和其它星球在形成初期都是由相同材料组合成的，那么形成初期时的月球也应该是以氢、氦为主要材料所组成。依此推算，当时月球的体积比现在的地球还大。质量是现在地球质量的0.8左右。它运行在环绕地球转动的轨道上；相对地球，月球当时就在同步自转。由于地球和月球在演变过程中质量在不断变化，所以月球与地球间的距离在以后的演变年代中是个变量。最初星云物质凝聚成月球的时间大约距现在50亿年以前。
我们知道：无论是地球上的火成岩石、月球上岩石，还是降落到地球上的陨石。它们都经历过融熔阶段。依此可以推论，地球、月球以及其它类地星体的岩石部分，都曾经经历过热熔时期。对待这个热熔时期的物理机制，也就是热熔能量的来历问题。科学界众说纷纭。现在的天文学界普遍认为，是由于密集的小的岩石类小行星体对星体的撞击后造成的。
但是，对于这种解释天文学界自己都无法自圆其说。譬如地球上现在存有大量的水，以上解释就无力解决疑问。有人认为：当大量小行星体撞击地球，地球上的岩石呈熔融状态时，地球上的水因为承受不住高温，而全部汽化在空中了。再经过长时间的冷却，地球上的水才又回到地面。在这里就出现了问题：依据现在的地球质量，它无法吸引得住这么多的汽化了的水。另有人直接提出：当地球、月球和其它类地行星经历热熔期时，它们都不存在有水。在它们经历过热熔期之后，有一颗非常大的彗星击中地球，是它给地球带来了现在的水。
这里就出现了非常有趣的假设现象。在天文学问题的探讨过程中，特别是对太阳系的各种未解之谜的研讨中，当有重大的问题无法解释时。有人总会设想，另外会出现一颗大行星来撞击有疑问的星体，使无法解释的星体上的问题得到解决。例如：有一颗行星飞来，撞在了小行星带上的行星上使其破裂，形成现在的小行星带。又有一颗大行星撞在天王星上，使天王星躺在自己的轨道上运转。由于地球和月球的密度差别太大；又有人认为，是一颗大星体撞向地球，打出太平洋的物质在天空中形成了月亮。再加上给地球带来水的大彗星。现在的天文学界基本认为有这四颗大行星曾经存在过。
就这四颗大的星体而言，如果它们不与其它星体相撞击，根据它们的运行轨迹，它们应该是不规则大行星（规则大行星具有共面性、同向性和近圆性等特征）和非常大的彗星。在太阳系中，根据天体力学原理和事件发生的概率推断，出现不规则大行星和非常大的彗星的概率几乎等于零。也因为太阳系里从来没有见过这样的大行星出现，更何况那样精确的行星撞击都是根本不可能发生的天文现象。
真实地发生在月球上的事是这样一个过程：大量的物质积聚成的月球原星开始升温，升高温度的月球体积进一步变小。积聚能（势能）使月球内部的温度又进一步升高。这时的月球是一个外部有很厚氢气层和有少量其他物质的液态氢、氦球体。又经历过长时间的演化，少量的其他物质向月球的中心积聚，这些物质的积聚势能使月球中心的岩石物质温度上升到4000℃。从月球上取得的岩石看，它们不仅经历过高温过程，而且还经历过高压过程，因为它们看上去都相对密实。如果以上叙述的高温高压过程都是真实发生的，那么以上过程也可以反过来证实，月球形成之初的体积要比现在大得多。
在月球上的重物质开始向月球中心积聚时，太阳的氢核聚变开始爆发。这时太阳的强烈辐射使月球表面的氢气温度升高，高温氢分子的运动速度达到脱离月球的宇宙速度时。在太阳风的作用下，这些氢物质会源源不断地脱离月球、脱离地球轨道，奔向太阳的远方。
就在距今大约46亿年，月球的氢物质损失掉70%时。由于月球质量变小，月球上的氢、氦物质汽化脱离速度加快。这个加快的汽化过程带走月球大量的热能，使岩核表面的温度降低至1000℃以下。岩石变得不易流动，而要凝结了。顺便提示注意：小行星的上述演化过程和月球的是在基本相同的时间里发生的。虽然小行星距离太阳比月球距离太阳要远得多，但是当时小行星轨道上的星子比月球的体积小得多。地球的这个演化过程是在距今38亿年时发生的。以上所提及的所有物理演化过程完全可以用计算机模拟出来。
在距今40亿年左右，由于变成石质的小行星剧烈碰撞成的碎片，有许多脱离原来的轨道散落在太阳系各处，形成小行星撞击大行星的高峰时期。月球也是在这个时期被小行星撞得满目疮痍。
进入39亿年，月球上的水和可挥发物质大部分基本飞失掉后，岩石月球承受的压力逐渐变小。由于月球对地球的同步自转（单一面朝向地球），在地球引力的作用下，或许有一块陨星撞击的引发，朝向地球月面上的斜长岩层裂开，涌出的玄武岩浆形成大面积月海。如果能仔细观察月海现在的轮廓，也可以得到相同的结论。
在以后漫长的岁月里，月球缓慢地冷却。当冷凝的岩石达到足够的厚度时，再陨落在月球上的小行星会在月面上撞出星形裂缝和陨石坑。如果撞击月球的是铁质小行星，它留在月岩中会成为质量瘤。月球继续冷却，当距离月心1000千米处的月岩开始变冷时，月心部分开始收缩。在月壳岩石的强力支撑下，月心的冷缩，使它们之间形成一层断续的空夹层。当有月震时，月球就会像鼓一样久震不息。
地球的密度和月球的密度之所不相同的原因是：1.地球上的岩石经历过更高的温度和压力，所以地球有更好的地质演化。2.地球是行星，月球是颗规则卫星，它们的运动状态不同。由此两点它们各自形成的星体密度会大不相同。
月球的演化直到今天，在演化过程的后半时期，月球的物理变化不是太大。它现在寂静地绕着地球转动着，有时也会出现些不易察觉的活动。
当然，以上所谈的只是月球演化过程的一个非常简单的变化轮廓。有些演化过程的细部，特别是月球化学演化的微妙细节，应该由一门专门的学科——《行星体演化化学》来探讨，这里不再详述。
再类比地谈谈地球的演变：在36亿年时地球失去许多物质，岩壳外层的温度下降到一定的温度时，斜长岩层开始凝结。在随后的时间里，地球上的氢、氦物质进一步丧失，使地球岩石核所受的压力减小；到26亿年左右时，地球的斜长岩外壳破裂，暴露出的玄武岩层成为大洋的底面。是这个演化过程为地球版块运动理论提供了源动力。依据该演化理论，地球上的许多其它自然现象也都可以得到解释。

二、太阳系起源原理质疑
对于所提出的太阳系起源假设，人们会提出质疑：人类的寿命最长也不过一百多年，人类的文明史不过五千年。太阳系的演化是从50亿年以前开始的，就怎么能够确定太阳系中的星体是怎样演化的呢？
对待人类历史，我们为确认事件的发生年代，是用史料的相互印证来确定的。对于地球的近期演变史，我们会勘察地质年代的地层资料给与确定。对于像太阳这样的恒星、星系乃至宇宙的演化史，人类要用已知的物理学理论和可以观测到的事实把它演示出来；这种演示可以是知识的探索，也可以是定量计算结果的证实，更好的是用计算机模拟全部演化过程。
当我们使用这些物理、化学知识和现代技术扩大我们对世界的感知时，我们不会忘记那些在蒙蒙前夜苦苦探索的先驱们和为科学的进步孜孜不倦地工作着的科学家们。是他们的辛勤劳动使我们人类开始对我们的世界有了意识。
在天文学的探讨中，天文学家里的许多人都认为，对恒星的理解要比对太阳系的了解要清楚得多。因为太阳系及其行星的演化之谜太多、太不确定。而恒星自星云凝结成星体之后，由小到大不同质量的恒星，不仅可以定量地计算出它的演化方式，而且能用计算机模拟它们的演化过程。但是，太阳系中心的太阳就是一颗普通的恒星，以上所存在的问题出于星云未形成太阳和行星系统之前的这个阶段。曾经有许多人提出数学演化模型并用计算机模拟旋转星云形成太阳系的过程（1978年的博登海默和恰努特）。但是，他们得到的仅仅是个星云的环状体。而得不到太阳系的初始系统。
实际上，计算机模拟太阳系演化的数学模型与演化过程不相符合的原因。是因为当太阳系星云由角动量收缩到一定密度时，太阳系星云的演化就进入到星子演化阶段，也就是这个演化阶段未被得到重视。星子演化阶段是太阳系演化过程中非常重要的演化阶段，如果太阳系演化数学模型不把星子演化阶段考虑进去，就不可能得到有恒星和行星体环绕的星系结果。
科学界对待像太阳系演化这样的科学大问题。都是先提出演化假说，然后依据假说用已知的物理、化学定律将其量化。在符合各种边界条件（观察和观测到的事实）情况下，将整个过程演示（计算或用计算机重现）出来而得到答案。我们生活在太阳系，所看到的许多事物都是太阳系演化的结果（边界条件）。能够完全满足这么许多的边界条件，从而提出的太阳系演化假说，当然是件非常困难的事。但是最后能用这许多的演化边界条件得到的结果，也应该是唯一的结论。
总结太阳系起源原理的理论有如下几点：
1． 依据太阳系起源倾向性共识，太阳系的初始天体是由一块星云形成，由此而来太阳系天体所含物质的丰度应该基本相同。
2． 形成星体的质量、各种物质的含量、所在太阳系位置决定的温度、星体运动状态的参数、演化的时间，都是可以量化的物理量，是它们决定了星体的物理、化学状态。
3． 太阳系各星体状态的物理、化学演化是连续的。星体的重大变化都由其变化因素所决定。
4． 太阳系演化的主流过程是不可逆的变化过程。
以上几点理论是太阳系起源、演变过程的演化规范。

三、依据太阳系起源原理再看太阳系
综上所述，太阳系中的每个天体都有它自己的演化故事。对于现在的天文学，每个天体都有着许许多多的不解之谜。太阳系起源理论基本上可以解释这许多未解之谜。例如，小行星带怎么会有碳质小行星，其原因是：不少小行星的原质量太小，当它失去氢和氦之后，水就开始被气化。由于小行星的质量小，水蒸气直接逃逸至空间，最后小行星仅剩下不易挥发的碳和其它石质。而大质量小行星的引力使水蒸气不易逃逸，太阳风将其裂解为氢和氧。氢先离开小行星，氧与碳相结合生成二氧化碳，最后脱离小行星。所以大质量的原小行星生成的小行星是以石质和铁质组成的星体。
因为在此篇幅有限，各星体的演化不可能全部论及。以下用就太阳系起源原理来重新认识我们现在的太阳系。
内太阳系：在此系统内包括有水星、金星、地球、火星四颗大行星，其他还有卫星和小行星带的小行星。它们都是太阳系早期和太阳一起形成的星体，由于距离太阳较近，经过长期的演化它们都失去氢、氦物质，变成为星体较小的类地行星，各大行星之间的轨道距离也相对较近。它们仅仅运行在3个天文单位之内。
当外太阳系的含有氢、氦等轻物质的小星体受到其他大星的影响，改变轨道进入内太阳系时，它们都会变成拖出长长尾巴的彗星。
在内太阳系的小行星带应该被称为第一小行星带。
近轨大行星带：在这个行星带里包括多种星体。其中大行星有木星、土星、天王星、海王星四颗类木大行星。它们是太阳核聚变爆发后形成的，它们体积大、质量大。由于它们的引力巨大，距离太阳相对较远；它们的氢、氦物质基本无法逃逸。大行星轨道间的距离也相差不多，密度亦相差不大。
在此行星带的大行星都拥有环和众多卫星。环物质和卫星的质量都不大，它们的氢、氦物质亦大多逃逸；所以它们都是以石质和冰组成的。与大行星相比它们相对较小。
在此系统中应该有小行星和偶然闯入的彗星。由于离太阳较远，彗星的尾巴极为稀薄，不容易看到。
此系统中的星体运行范围在35个天文单位以内。
第二小行星带：本小行星带的宽度有20000天文单位。在这个小行星带中运行上亿颗行星。由于此星带宽大，太阳的辐射对此星带星体的影响各不相同，所以此带可以一分为二。
其中，在距太阳5000天文单位内为一分区，在此区存在有两种类型的行星。
第一种是体积较大的小行星，这种星体的聚集能和太阳的辐射能使行星体的内、外部温度都超过氢和氦的凝聚温度。但是它的质量又不足以保持住气态的氢和氦，所以失去轻物质的星体密度较大。冥王星和在柯依伯（Kuiper）带现在所能看到的六十多颗行星（还有被海王星俘获的海卫一）都属于这类小行星。
第二种是质量较小的行星，由于质量小，星体的内部没有改变，仍保持原有氢、氦和其它物质的混合状态。它的表面被太阳的辐射赶走一些氢和氦等轻物质，剩余的重物质覆盖在星的表面。将其称为“脏雪球”真是恰如其分。少数这类行星在大行星的胁迫下改变了轨道，有部分进入内太阳系。在它们接近太阳时有着非常壮观的喷发，我们称这一类星为“彗星”（短周期彗星）。
在距太阳5000-20000天文单位的分区内，小行星的物质状态与原始太阳星云的物质状态基本相同。
远轨大行星带：在太阳系开始形成的过程中，有大量的物质从太阳和内太阳系中抛射出来。其中一部分在近轨大行星带上被星子俘获，生成大行星。另外还有很大一部分物质未被俘获。它们和近轨大行星带上较小星体散发的氢、氦，以及第二小行星带上的行星散发的氢和氦物质一起，陆续地向太阳以外发散出去。
依据太阳系起源理论，大行星的形成有三个条件：首先，在恒星的引力范围内要有足够的物质。其次是温度，前面谈到的散发物质都是氢、氦等气物质，它们的凝集温度都在10K以下。第三是时间，也就是这些物质要运行一定行星年后，才能积聚成为大星体。
根据上述条件，可以粗略地推算出远轨大行星带上各大行星的基本参数：在远离太阳大约22000~27000天文单位范围内，至少有三条轨道上运行着有大行星，它们的轨道间距约为100天文单位。围绕太阳旋转一周需要210~260万年。
在第一条轨道上运行着二~三颗和土星质量差不多的大行星。因为在此轨道上积聚物质的时间不够长，仅有太阳系形成初期的几千万年和后期的十亿年，所以在这里的物质还来不及聚合成一颗大行星。这些星的密度是0.7g/cm3。行星在轨道上为不均匀分布。
第二条轨道上的大行星是一颗质量有木星两倍以上大的大行星（太阳系中最大的行星），直径约19万千米，密度不到0.7g/cm3。
第三轨道上是四~六颗小于土星的大行星，它们的密度是0.6g/cm3。把它们聚在一起还需要几十亿年的时间。
站在最大的那颗行星上看太阳，就和地球上看到的金星差不多。借助其他恒星的光这颗大行星表面的亮度比月球背面的亮度还要暗淡得多。它的面视角仅仅只有0.07角秒（冥王星为0.11角秒）。利用普通光学望远镜无法看得到它。就是能够看到，许多人都会把它当作恒星来处理，因为这颗大行星每年才移动0.5角秒。发射探测器去考察它也要300年才能飞到。它的自转周期是20~30小时。
这里的大行星都有由细颗粒物质组成的环，而且还拥有众多的卫星。在这里你还可以看到卫星的卫星。最大的几颗大质量行星的方位有方法可以计算出来，访问内太阳系的许多长周期彗星的出现概率和轨道参数，可以提供了这些大行星的运行信息。
第三小行星带：该小行星带的宽度在10万天文单位以上。在远轨大行星带开始的1000天文单位内有大于1000千米的小行星外，其余部分的物质分布极少。在这个行星带里运行有上千亿颗天体。在该行星带边缘上的星体围绕太阳旋转一周，需要上亿年时间。太阳对它们的影响（引力和辐射）极小。
对于第二小行星带和第三小行星带，现在天文界的大多数人都认为是：太阳系形成过程中剩余下来的物质，是一彗星群体，被称为奥尔特（Oort）云。奥尔特云是在太阳两侧对称分布的太阳系原始物质。
重新认识太阳系，有可能我们无法得知太阳系内大行星的总数，也无法知晓太阳系远处的真实情况。我们可能对太阳系的情况知之甚少。
四、结束语
纵观地球的发展史，我们人类也许正处在一个真正能干点事情，但是又不知道自己在些干什么的孩童时代。在这个时代，人类最容易伤及自己和他的生存环境。
所以，现在我们必须认识到：太阳系的起源问题也许是需要久远的时间才可以解决的问题。但是我们已经处在一个人类技术几乎可以改变我们生存环境的时代。如果我们对我们的生活环境没有深刻地理解，我们有可能犯一些再也无法挽回的错误，失去我们仅有的一个，可供我们生存的地球。因此，太阳系的起源问题是我们应该尽快认识的大问题。

参考文献：
英格利斯 行星、恒星、星系 科学出版社 1979
施密特 地球起源说 四讲 科学出版社 1954
戴文赛 天体的演化 湖南教育出版社 1999
胡中为等 行星科学导论 南京大学出版社 1998
螺矶山 月球之谜 南方出版社 2000
基彭哈恩 千亿个太阳 湖南科学技术出版社 1999
刘学富等 太阳系新探 地震出版社 1999
李竞 宇宙探索 科学技术文献出版社 1999
刘元生 太阳系的起源--演化阶段 科学（美国人）中文版2000 10

三、太阳为什么会发光

太阳发光是因为它会在氢聚变为氦的过程中产生多余的能量，最终这些能量会以光和热的形式释放出来，这才是太阳发光的真正原因。
太阳是一个巨大的核聚变反应堆(核聚变是两个较轻的原子核结合形成一个较重的原子核和一个很轻的原子核或粒子的核反应。在这个过程中，核聚变反应将部分反应物的质量转化为能量)，而人造太阳模仿太阳的核聚变原理，为人类提供取之不尽的能量。
在技术分类上，人造太阳属于受控核聚变，核聚变的能量输出过程是人为控制的，以保证能量输出满足人类对能量的动态需求。
量子效应帮助太阳缓慢燃烧，这是太阳长寿的秘密。
太阳很大，不仅体积大，而且占太阳系总质量的99%。但是，太阳能燃烧这么久，并不是因为它质量好。相反，质量越大，恒星引力越大，恒星燃烧越剧烈，恒星内部的氢消耗越快。
因此，大质量恒星的寿命非常短，其中一些短寿命恒星的寿命不到一百万年。但是，太阳的质量在宇宙中并不大。科学家估计太阳的寿命约为100亿年。据估计，一些质量非常小的恒星寿命可达1万亿年。