第三节 银心说与太阳系演化
全球巨变天文成因的研究表明:在银河系范围内,既不能把地球作为中心,也不能把太阳作为中心,而要把银心作为中心;正是太阳系围绕银心的运动,地球才跟随太阳相继穿越各条银河旋臂并导致各次全球巨变。从这里我们可以进一步把以银心为中心去观察分析包括太阳系的运动和演化在内的各种有关见解统称为银心说。凡是研究长时间尺度的天象,必然涉及大空间范围,就更应当使用银心说。如同研究细胞的运动和演变不能离开细胞所处的生物整体那样,研究太阳系的运动和演化也决不能离开太阳系所处的银河系整体;而找到整体的中心,则是首要的关键。
如果我们把研究的时间反推到距离现在大约50亿年以前,那时在比太阳老2~3倍的银河系内还没有太阳系,只有可能形成太阳系的弥漫星际气体和尘埃。现代恒星演化理论认为,不是任何气体和尘埃都可以收缩成为恒星的,只有那些大而密的气尘复合体才是形成恒星的母体。而这类母体则最易于在银河旋臂内生成,目前在旋臂内所看到的许多处于形成阶段的恒星就是明证。可见,正是银盘内弥漫的星际气体和尘埃围绕银心的运动,并进而穿越银河旋臂,它们才得以更快地变成气尘复合体。太阳系的前身当时就是从相应气尘复合体分离出来的一个球状星云,可以称之为原太阳星云。
多少有些自转的原太阳星云,在万有引力作用下不断收缩。由于角动量守恒,原太阳星云收缩得愈小就自转得愈快,并且在与自转轴相垂直的赤道面上,星云物质所受到的惯性离心力也愈大。这就势必导致从两极开始的其它部位的星云物质纷纷向赤道面下落,使原太阳星云逐渐由球状变为扁椭球状,直至变为原太阳系,即由中部为原太阳、四周为星云圆盘所组成的同方向旋转系统。
比较典型的原太阳系,其中部的原太阳应处于缓慢收缩阶段(即如图7.4所示的金牛T阶段);而其四周的星云圆盘则至少应扩展到冥王星轨道范围之外。为了导出太阳系现在这样具有众多行星的结构,该星云圆盘必须相继分裂为多个星云圆环。这些环可能具有土星环那样的形状,但由于距离遥远尚未能从其它原恒星周围清楚地看到,在理论上也没有定论。在这种情况下,我们不妨作一些猜想。例如,假设在原太阳进入缓慢收缩阶段的初期,与第一次长波红外耀发所表征的电磁辐射突然增强相伴随,原太阳也发出一系列分立的引力波;落到原太阳四周星云圆盘上的引力波的基波及其各次谐波的波峰,就是各有关引力子的密集处;该星云圆盘正是通过各处引力子的吸积作用才逐渐分裂为多个圆环并进而形成多个行星的。这样,关于行星距离分布的规律,便可由经验定则的形式[即(4.1)式]改变成为引力波谱的形式:
这里取谐波数S=1,2,3…,9等分立值是引力波的能量不能连续取值的量子化要求;αs是谐波数为S的环至太阳中心的距离;λming是S=9时的最短引力波长,并且取其为0.3(天文单位)。考虑到不同的环将对应于不同的行星,则由(4.1)、(8.1)式所得距离αn和αs同实测距离α的比较情况可从表8.1看出。
由(8.1)式和表8.1可见,除水星外,太阳系内的各个行星(包括火星和木星之间的小行星带),都在引力波的基波(S=1)及其直到9次的谐波的波峰处形成。对于离日心约0.43天文单位的附近范围,早先是原太阳发出引力波的边界,只是后来由于原太阳内部继续收缩,而在该边界遗留下来的星云环则很有可能成为形成水星的原始物质材料。这就排除了由(4.1)
式表示的提丢斯-波得定则要求n=-∞才可得到水星距离的困难。此外,表8.1内由引力波导出的行星距离αs总是大于相应的实测距离α,这可根据诸行星在40多亿年漫长的形成和演化过程中既要绕太阳运动又要跟随太阳绕银心运动的情况来解释。特别对于早期的太阳系,在星云圆环尚未变成行星的阶段,它们穿越银河旋臂时会受到旋臂内缘强大冲击波的作用,致使相对距离缩短。而受影响最大的自然首先是相应于冥王星的环,其次才是相应于海王星的环。对于行星系统正式形成以后的太阳系,诸行星在绕太阳公转的过程中不断地辐射引力波,也会使它们与太阳的距离有所缩短。