太阳系起源与演化
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第489页（4361字）
太阳系是由太阳、九大行星、64颗卫星、众多小行星和彗星及行星际物质组成的天体系统。
太阳系起源与演化是天体演化的首要问题，包括研究太阳系从何时、由什么形态物质、经过什么方式和过程形成的以及如何导致其现有的各种特征及各成员之间的差别。人类居住的地球是九大行星之一，研究地球的起源与演化有更重要的科学和实际意义。
1644年笛卡儿(R．Descates)在《哲学原理》中提出涡流说，认为太初混沌中出现涡流而形成太阳、行星和卫星。1745年布丰(G．L．L．Buffon)提出第1个灾变说，认为一颗彗星撞出的太阳物质形成行星。这两个假说虽科学价值不大，但向上帝创世观提出挑战，有启蒙作用。真正在僵化自然观上打开第1个缺口的是康德(I．Kant)和拉普拉斯，他们分别于1755年和1796年各自独立提出星云说，两者虽然内容不同，但主要观点相同，都认为太阳系由同一个原始星云形成的。
康德－拉普拉斯星云说的致命缺点是无法解释太阳系角动量分布(占太阳系总质量99%以上的太阳，其角动量只占1%不到)。19世纪末到20世纪初先后提出多种灾变说，曾流行的有张伯伦(T．C．Chamberlin)、摩耳顿(F．R．Moulton)的“星子说”和金斯(J．H．Jeans)的“潮汐说”，认为有颗走近恒星引起太阳的潮而分出物质，或凝为固体星子再聚成行星(星子说)，或断开几团而聚为行星(潮汐说)。
杰弗里斯(H．Jeffreys)甚至认为恒星撞出太阳物质而形成行星。灾变说用走近恒星赋予太阳分出物质(因而所形成行星的)角动量，但后被批评其分出过程不够有效且分出的热物质易扩散而难聚成行星。随后再兴起星云说，魏茨泽克(C．F．Weizsacker)的“旋涡说”认为星云盘形成旋涡规则排列而在次级旋涡中形成行星；柯伊伯(G．P．Kuiper)的“原行星说”认为星云盘中先形成巨大的气体原行星，再失去外部气体而演变为行星；施密特(O．Ю．Щмuдт)的“陨星说”认为太阳从它经过的星际云浮获物质，凝为陨星，再聚成行星和卫星。
由于迄今只直接观测到唯一的太阳系，且了解到的是其现状，缺乏其早期信息，因此探讨久远过去的太阳系形成演化是极困难的。
可以通过两种途径来克服这一困难：一是从太阳系现有资料出发来逆推其过去的形成演化过程；二是借鉴恒星形成演化的研究成果来推断恒星一员——太阳的形成环境和演化过程，行星系是此过程的伴生品或副产品。20世纪60年代以来，随着航天探测和现代天文观测及理论的发展，太阳系起源与演化研究越来越活跃，提出了几个现代学说。这些学说都综合了很多资料，不仅论述了太阳系起源的两个基本问题——行星的物质来源和行星形成方式，而且在不同程度上定量地阐明以下的重要问题：原始星云或行星物质的特性，如物质密度与温度的分布、化学成分等；原行星或星子的形成过程；类地行星(水星、金星、地球、火星)、巨行星(木星、土星)、远日行星(天王星、海王星、冥王星)的形成过程，及它们在大小、质量、密度上的差别；行星轨道运动的同向性、近圆性和共面性；太阳系角动量分布；行星自转；行星的距离规律(提丢斯－波得定则)；卫星及环系的形成演化；小行星和彗星的起源演化；地(球)月(球)系的起源与演化。
现代学说中都反映了有关研究得到的一些共同认识：(1)太阳的形成与早期演化。
恒星的观测研究表明，某些星际云自吸引收缩变密，发生不稳定性而瓦解成多个小云，各小云又收缩演化为原恒星。原恒星内部温度升高，发出辐射，成为年轻恒星，当温度达1500万度时发生热核反应，成为主序星。
恒星质量越大，形成演化过程越快。若小云的初始角动量很大，则演化为双星或聚星；若小云的初始角动量不太大，则演化为一个中心恒星和外面的转动盘，盘演化为行星系。
由恒星演化理论算出，太阳年龄约50亿年，它是几千太阳质量的星际云瓦解的小云之一——原太阳(原始星云)形成的，经历7500万年引力收缩而成为主序星，主序前的几百万年经历“金牛T阶段”，其表层有剧烈活动和物质抛射(星风——太阳风)，行星系在年轻太阳周围的转动盘中形成。(2)比较行星学和陨石提供的信息，各行星和卫星的演化程度不同，从比较行星学可提供一些演化信息。例如，古老陨击坑可解释为星子聚集过程的“尾声”；木星和土星的卫星系好象是小规模行星系，说明卫星系与行星系有某些相似的形成过程；地球、月球和陨石的放射同位素年龄表明，它们都在约46亿年前的几百到几千万年内形成。陨石较多地保留了其形成时期的遗迹，从陨石分析得到其形成温度为400～600K和其热演化史。
小行星是行星形成过程的中间半成品。彗星是外太阳系的最好考古样品。
(3)化学演化。从原始星云到行星的形成演化过程中，发生一系列物理变化和化学变化，导致所形成天体在化学成分和结构方面的差别。一些证据说明太阳系天体的物质同源性和化学均匀性，例如，碳质陨石的非挥发元素丰度跟太阳大气相同，木星、土星、天王星、海王星的大气中氢和氦含量跟太阳大气相近，很多同位素的丰度比也相近。少数元素和同位素的丰度差别可用各天体的形成演化环境不同来解释。
但是，在陨石中发现不能作这样解释的化学同位素异常(如，富集16O、26Mg)，说明局部小区域未完全化学均匀，归因于外来成分，估计约2%质量是超新星爆发物质注入原始星云。已提出原始星云的三类化学演化模型：一是热凝聚模型，认为原始星云温度很高，物质全部是气态，随后冷却中发生化学反应和凝聚，拉里莫(J．W．Larimer)和安德斯(E．Anders)研究了快冷却和慢冷却的凝聚物；巴谢(S．S．Barshay)和刘易斯(J．S．Lewis)研究了平衡与非平衡的凝聚物，类地行星的成分和密度可较好地用平衡或慢冷却凝聚说明，外行星可用非平衡或快冷却凝聚解释；伍德(J．A．Wood)研究了矿物平衡凝聚。二是克莱顿(D．D．Clayton)提出冷凝聚模型，认为原始星云没有经历高温阶段，原来的星云气体和尘埃已有分馏，星云盘中仅挥发物蒸发和再凝聚，因而导致化学同位素异常，小沼直树认为注入的超新星爆发物在原始星云的高温、对流和低温三区域有不同的混合。三是阿尔文(H．Alfven)和阿瑞尼斯(G．O．S．Arrhenius)提出等离子体凝聚模型，给出磁化等离子体不均匀、非平衡凝聚物。
在陨石、彗星、月球等样品中都发现了前生命有机分子，而实验室模拟宇宙条件由无机物或简单有机分子生成了复杂的前生命有机物，如米勒－尤里(Miler-Urey)实验。
近年流行的几个星云说都认为整个太阳系由同一个原始星云形成，其主要成分是气体并含1%～2%尘埃，有初始自转，自吸引收缩，中心部分形成太阳，外部扁化为星云盘，盘中凝聚物集聚成行星和卫星等天体，部分气体也参与外行星，但各家对原始星云的物理－化学条件、结构和演变过程的论述不同。
卡米隆(A．G．W．Cameron)的原始星云大到2倍太阳质量，通过原行星方式形成行星；萨弗隆诺夫(В．С．Сaфpонов)、林忠四郎、普伦蒂斯(A．J．R．Prentice)和戴文赛学说中原始星云质量小于1．2太阳质量，通过星子聚集方式形成行星和卫星，这几个学说的具体内容和理论分析有不少差别，各具有特色。此外，乌尔夫逊(M．M．Woolfson)主张俘获说，太阳从走近的原恒星俘获物质，通过原行星方式形成行星。阿尔文和阿瑞尼斯主张电磁说，认为太阳早期有很强的偶极磁场，向它降落的物质发生碰撞电离而形成其周围四个电离云，由等离子体过程凝聚出颗粒喷流，再通过星子方式聚集成行星。还有一些独具特色的专题理论研究，例如林潮对星云盘滞粘过程与行星形成的研究。
虽然现在对太阳系起源与演化已有了一些公认的总看法，但是在具体过程和情节上仍有很多疑难未解决。例如：从星际云祖传下来怎样的化学同位素不均匀性及原始星云中的异常分布，非平衡的气相及气相－颗粒的反应率及分馏效应，星云盘各区域形成怎样形态和结构的凝聚物，颗粒如何聚集成星子，年轻太阳与星云盘的相互作用，盘中物质和角动量的实际转移过程，盘中发生怎样的不稳定性，星子怎样聚集成行星，各行星形成的先后及所用时间，行星如何吸积气体，小行星区为何未形成大行星等。
为解决这些疑难，一方面需要新的观测资料；另方面需综合和发展现有理论。太阳系起源与演化是当前热门研究课题，正汇聚多学科学者共同探讨，可望取得太阳型恒星及其行星系的新资料，在陨石等样品的分析研究上得出更多新结果，行星科学的研究有更大的发展，太阳系的空间新探测带来新信息，综合大量有关资料作为约束条件，将动力学和化学演化等理论紧密结合起来，以及进行模拟实验，解决现存的疑难，从而使这一领域研究得到重大发展。
。【参考文献】：1 康德．宇宙发展史概论．上海：上海人民出版社，1972
2 拉普拉斯．宇宙体系论．上海：上海译文出版社，1978
3 戴文赛，等．太阳系演化学．上海：上海科学技术出版社，(上册)1979，(下册)1986
4 Black D C,Mathews M S. Plotostars , Planets I . Tucson: The University of Arizona press, 1985
5 Suess H E. chemistry of the Solar System. New York:John Wiley &. Sons, 1987
6 Nuth J A,Sylvester P. Workshop on the origin of the Solar System LPI Techical Report. Houston :lunnar and Planetary Instufe,1988,88(4)
7 Cameron A G W. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 1988,26:441 ～472
(南京大学胡中为副教授撰)