太阳系起源故事需要重写？

太阳系起源的学说是怎样的？~

关于太阳系的起源学说，科学界主要有三种说法：一种是灾变学说，一种是星云学说，还有一种是俘获学说。
灾变学说的首创者是法国的布封。20世纪前50年，有一些人相继提出太阳系起源于灾变。
这个学说认为太阳是先形成的。在一个偶然的机会中，一颗恒星或彗星从太阳附近经过或撞到太阳上，它把太阳上的物质吸引出或撞出一部分。这部分物质后来就形成了行星。
根据这个学说，行星物质和太阳物质应源于一体。它们有“血缘”关系，或者说太阳和行星是母子关系。
他们都把太阳系起源归结为一次偶然撞击事件，而不是从演化的必然规律去进行客观的探讨，因为银河系中行星系是比较普遍的，太阳系绝不应是唯一的行星系。只有从演化的角度去探求才有普遍意义。
就撞击来说，小天体如果撞击到太阳上，它的质量太小，不可能把太阳上的物质撞出来，这样的话，小天体必被太阳吞噬掉。
1994年彗星撞击木星就是极鲜明的例证。21块残骸对木星发起连续地攻击，在木星表面仅引起一点小涟漪，被消化掉的是彗星。如果说其他恒星与太阳相撞，这种概率就更小了。因此，一些曾提出灾变学说的人，后来也自动放弃了原有的观点。
太阳系起源的星云说首先由德国哲学家康德提出来，几十年以后，法国著名数学家拉普拉斯又独立提出了这一问题。他们认为，整个太阳系的物质都是由同一个原始星云形成的，星云的中心部分形成了太阳，星云的外围部分形成了行星。
然而康德和拉普拉斯的观点也有着明显差别，康德认为太阳系由冷的尘埃星云进化、演变，先形成太阳后形成行星。
拉普拉斯则相反，他认为原始星云是气态的，并且十分灼热，因其迅速旋转，先分离成圆环，圆环凝聚后形成行星，太阳的形成要比行星晚。
尽管他们的观点之间有差别，但是他们大前提是一致的，因此人们便把他们的观点捏在一起，称“康德—拉普拉斯假说”。
星云说认为地球不是上帝创造的，也不是在某种巧合或偶然中产生的，而是自然界矛盾发展的必然结果，从唯物主义观点，就物质的运动规律去说明天体的演化，星云假说起了很大的作用。恩格斯曾赞扬康德的“星云说”，他指出，康德关于目前所有的天体都从旋转的星云团产生的学说，是哥白尼以来天文学取得的最大进步。他认为自然界在时间上没有任何历史的观念第一次被动摇了。
然而，由于历史条件的限制，这个星云说也存在一些问题，但它认为整个太阳系包括太阳本身在内，是由同一个星云主要是通过万有引力作用而逐渐形成的这个根本论点，在今天看来仍然是正确的。
俘获学说认为，太阳在星际空间运动中，遇到了一团星际物质，太阳靠自己的引力把这团星际物质捕获了。
后来，这些物质在太阳引力作用下加速运动，类似在雪地里滚雪球一样，由小变大，逐渐形成了行星。
根据这个学说，太阳也是先形成的。但是，行星物质不是从太阳上分出来的，而是太阳捕获来的。它们与太阳物质没有“血缘”关系，只是“收养”关系。
尽管各种假说都有充分的观测、计算和理论根据，但也都有致命的缺陷，所以一直也没有一种被普遍接受的假说。太阳系在等待着新的假说。

太阳系是在银河系的区域运动中起源的。谈及我们所处的地球，这是宇宙中，毋庸置疑的“文明摇篮”。我们都知道，地球上的各种生态环境，简直得天独厚适合文明的生长，时至今日，NASA的科研人员，也只发现了六颗“类地行星”而已。
但是，很多人缺乏了解的是，太阳系这个空间，其实比“地球”更加少见。至少，我们道现在为止还没有发现任何和“太阳系”有着高度相似的小型星系。

如此珍贵的太阳系，它又是从何而来的呢？这还要追溯到宇宙大爆炸之后八十亿年。我们都知道，现有的宇宙，起源于“史瓦西奇点”受到外界刺激的大爆炸；爆炸之后，宇宙空间内经过了三十亿年的发展，逐渐出现了各种大型星系，星云，天体；
而银河系，就诞生在这个时期。银河系一共直径二十万光年左右，经过了四五十亿年的演变，在远离银河系的内核部分，也就是“银心黑洞”十五万光年左右的位置，太阳系开始出现雏形。

起初，太阳系所在的区域，充斥着各种原子核，电子，和离子；是这些元素，在银河系的引力系统影响下，逐渐的结合，才有了“太阳”这颗黄矮星的诞生。随后，八大行星逐渐成型；
值得一提的是，当时在水星，也就是太阳的宜居带附近，其实存在着至少四十多个如同地球一样的“类地行星”。它们之所以都在历史长河中湮灭，还要归咎于“木星”这个不速之客。

木星并不是太阳系土生土长的行星，而是从外部闯入，最终被太阳的引力系统同化的行星。在它到来之际，碾碎了那几十颗类地行星；因此，太阳系才成了如今的样子。这件事，大概发生在距今三十亿年之前。

2015年，美国地质学家马克·哈里森从20多万块来自澳大利亚杰克山区深处的岩石碎片中，找到一块特殊的锆石。这块锆石上有两个石墨斑点，他对这两个斑点中碳-12与碳-13比值进行测定后，发现其比值竟符合生物通常所具有的比值。但这块锆石所在的地质时间大约有41亿年，而传统的说法是地球生命出现在38亿年前。所以，这意味着我们的地球第一次出现生命的时间至少提前了3亿年。

然而，生命过早地出现，却会带来一个巨大的矛盾。太阳系演化的传统模型认为，41亿年前的地球如同人间地狱，火山活动活跃，岩浆在四处流淌，而且太空碎块还对地球狂轰滥炸。按理说，那时候地球上不可能有生命出现，然而哈里森的锆石却不这么认为。这个矛盾该怎么解决呢？

传统模型的困惑

但在解决这个矛盾之前，我们先来谈谈太阳系演化的传统模型。

大约在46亿年前，一个由尘埃和气体构成的巨大星云在一个不起眼的星系角落里，开始坍缩为一个密集的球形物质。随着周边越来越多的物质被拉向它，其核心的温度和压力不断地增加，最终这里发生了核聚变。核心释放出大量的能量。此刻，太阳诞生了。

太阳诞生后，周围小个体的物质也开始在各自轨道上坍缩为一个个天体。离太阳近的地方，大部分的冰水会被蒸发掉，只留下主要由金属化合物构成的较小的岩石行星。离太阳远的地方，气体和冰可以大量聚集，最终形成木星等气态巨行星。所有的行星差不多都在一个平面上运动，轨道也近似圆形。

这是一个很好的历史故事，但是很明显，故事不是完整的。首先，它很难解释所谓的特洛伊小行星——那些与木星共用同一个轨道，一起绕着太阳运行的一大群小行星。柯伊伯带——那些远在海王星之外的小天体，其中也包含冥王星——同样也很难理解：许多柯伊伯带里的天体的轨道与行星轨道平面有着巨大的倾角，而传统模型却无法解释这种情况。

最令人困惑的是，有证据显示月球曾经受过密集的陨石撞击。阿波罗号宇航员从月球带回来的岩石暗示，月球表面上多数的陨石坑是发生在39亿年前的一场密集的陨石撞击的结果，而传统模型也很难解释这个现象。

巨行星们的迁移

一个解决方案是以一个法国城市命名的模型，叫做尼斯模型。在这个模型中，太阳系中4个气态巨行星最初的位置比现在靠得更加紧密。最初的位置是不稳定的，导致了几亿年的引力动荡：巨行星们从原位置逐渐迁移到它们现在的位置。在这个过程中，迁移扰动了无数个散落在太阳系中的微小天体。许多陷入到木星的引力场中，成为特洛伊小行星，而其他的跑到太阳系边缘定居下来，成为有着高倾角的柯伊伯带天体。

与此同时，许多火星和木星之间的小行星都遭受到扰动，脱离轨道，与里层的行星相撞。这场剧烈的活动，被称为“晚期重轰炸”，在月球上留下了一个个陨石坑，而且对刚诞生的地球也带来一场严重的轰炸。

来自那一时期的固体岩石表明，早期大部分地表都被熔岩覆盖着。再加上晚期重轰炸，这使得地球变为了人间地狱。这个时期在地质学中叫做冥古宙，通常认为这时不适合生命的形成。相反，第一个生物留下的碳痕迹，则出现在距今约38亿年，恰巧大致出现在晚期重轰炸行将结束，地球终于迎来平和的时候。

因此，如果使哈里森兴奋的石墨斑点真的是生命留下的话，那么生命是怎么在一个似乎不可能的时间上出现的？

更早的迁移

解决矛盾的最简单的办法是，早期地球地狱般的环境，应该比之前所认为的要短暂的多。

事实上，早在1999年，地质学家就通过对杰克山区的锆石进行了分析，发现早在约44亿年前，一部分地表就发生了冷却。更重要的是，对锆石里氧含量的测量暗示着地表已足够温和，适合液态水的存在。

2013年，德国的地质学家又找到了新的证据，表明我们之前所认识的太阳系形成的故事不是完全正确的。他们分析了一块来自格林兰岛的石头——被认为可能是最古老的岩石，结果表明早在大约41亿年前，地球上就有着大量的金和铂，而之前认为这些金属是后来的晚期重轰炸所带来的。

2015年，又有新的发现对尼斯模型敲起了丧钟。美国俄克拉荷马大学的内森·卡尔布和卡内基研究所的约翰·钱伯斯发表了他们用计算机模拟太阳系形成的结果。他们的模拟是基于尼斯模型的，但结果显示在多数情况下，太阳系内部所形成的岩石行星数最终会少于4个，水星常常会丢失不见。只有在不到1%的情况下，基于尼斯模型的模拟才能创建出与现实差不多的太阳系。

这意味着尼斯模型与现实差距很大。不过，卡尔布有着一个惊人却简单的解决方法。他认为，巨行星仍然会迁移，产生特洛伊小行星和柯伊伯带，但它们行动的时间更早——迁移时最内层的行星仍然处在形成的过程中。这样，模拟结果就很容易与现实相符。另外，巨行星更早的迁移，意味着当地球完整形成后，大型的撞击物早已散去。也就是说，之后地球所遭受到的撞击并不像以前所认为的那样剧烈。

月球上的陨石坑

这个新理论不仅可以解释为什么太阳系会成为当前的样子，还可以解释为何地球很早就有了对生命友好的环境。但有一个谜团仍然存在。如果巨行星的迁移发生在地球和月球形成之前，地球和月球形成后，迁移引发的晚期重轰炸应该就结束了。那么是什么东西造就了月球表面的陨石坑呢？

美国普渡大学的大卫·明顿认为，答案就在离家不远的地方。尼斯模型认为大部分晚期重轰炸的撞击物来自小行星带。但是，月球上陨石坑的大小分布，与小行星的并不匹配。如果撞击物真的来自小行星带的话，那么月球上应该有更多更大的陨石坑，但事实上却没有。而明顿认为，他可能已经找到了一个更合理的来源：火星。

他仍在研究具体的细节，不过他认为已经找到了一个证据。这颗红色星球的北半球很低洼，而且比南半球更平整。这是因为这里是一个巨大的盆地，被称为北极盆地，面积大约占了火星表面积的40%。它被认为是一个直径约为2000千米的撞击物形成的，撞击后产生的碎片应该会撞到月球上，而这正好发生在距今大约39亿年前。

来自SETI（搜寻地外文明计划）的美国天体物理学家马蒂贾·库克有一个更为激进的解释，他不认为39亿年前存在一次对月球的密集撞击。阿波罗号宇航员从月球带回来的岩石，虽然显示着那时应该存在严重的多次撞击事件。但库克认为，这些岩石样品都来自形成雨海（月球上的陨石坑，是太阳系中最大的陨石坑）的撞击物。形成雨海的这次撞击产生的岩石碎片，会分散到月球的许多地区，所以从月球各处采集来的岩石样品会有着大致相同的历史，但事实上并不存在晚期重轰炸。他还认为，如果晚期重轰炸真的不存在，那么也暗示着早期地球的环境也不是那么极端。

不管是哪种方式，地球上相对平静的环境更早地出现，生命就会更早地出现。于是，就有了杰克山区的那块锆石。哈里森已经在杰克山区发现了另一块包含石墨的锆石，他将会继续分析里面的石墨。

如果最早的生命并不是诞生在距今约38亿年前，而是比预期的提前了几亿年，这说明生命是极为顽强的，只要条件稍微改善，生命就会把握住机会。哈里森认为，这表明宇宙的其他地方也更有可能存在着生命。所以说，我们新修订的太阳系的历史故事，指向了一个更为有趣的未来。

本文源自大科技<科学之谜> 2017年第6期杂志文章 

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