词条 | 戴文赛新星云假说 |
释义 | 戴文赛新星云假说继承和发展了康德和拉普斯的星云说,较全面、较系统和有内在联系地论述了太阳系各种特征的由来,其中对波特定则的说明,对木星、土星、天王星的卫星和环带的说明以及角动量问题,都得出不同于前人的解释。戴文赛先生认为:行星的形成要经过“原始星云→星云盘→尘层→星子→行星”这样几个步骤。 (1)原始星云的形成 原始星云是由一块星际云块塌缩并瓦解而成的。 首先要考虑星际云的塌缩,这里要用到研究物质团收缩和膨胀的一个重要物理定理——维里定理。 维里定理所要分析的是,使其膨胀的能量U(如分子热运动热能)和使其收缩的能量Ω(如引力位势)是否平衡。 根据U、Ω的物理意义不难得出: 当 2U+Ω>0时,物资团膨胀; 当 2U+Ω<0时,物资团收缩; 当 2U+Ω=0时,该物资团处于既不膨胀也不收缩的平衡状态。 对于一个天体系统,同样要考虑维里定理。 根据维里定理,当忽略自转、磁场及湍流,只考虑引力势能和热能时,可得出如下星际云自吸引塌缩条件: M>2.44×103M0. 式中 M0=1.99×1033g,为太阳现质量。M为星际云质量。该式表明,星际云质量比太阳现质量大三个数量级,它才会塌缩。 当星际云塌缩到密度为10-15g/cm3时,内部会发生不稳定情况,即:出现扰动物时,会造成涡流,将星际云瓦解为上千个小云,其中之一则是太阳系前身——原始星云。 原始星云其质量为βM0,β=1-1.3。原始星云的角动量约为今日太阳系角动量的158—200倍。 (2)、星云盘的形成 原始星云盘继续塌缩,半径逐渐减小,因角动量守恒,造成自转速度增大。赤道面上的外边缘物质,当其惯性离心力与中心部分引力相抗衡时,便停下来,逐渐形式类似“铁饼”的星云盘。星云盘形成的同时,云盘中心的原始太阳亦形成。 为了对星云盘的的温度、厚度和密度做出估计,需要介绍罗奇密度的概念。 首先让我们看图2.2-1所示大小球吸引的例子。分析两个小球在大球作用下聚集的条件。 大球作用于靠近它的小球1和远离它的小球2的引力,分别为 因为F1>F2,若没有其它力的作用,这两个小球就要在共同靠近大球的过程中,彼此分开。但是,两个小球之间还存在引力,大小为 这个力使两个小球彼此聚集。显然,使两个小球聚集而不致分开的条件是 f12>F1-F2 将F1 、 F2 和 f12的表达式代入上式,经整理后变成: ρ>ρ0=4(M/a3) 式中ρ0称为罗奇密度,上式称为聚集条件。 上述关系是在一个大球和两个小球这种情况下导出来的。 作为一般情况,除引力外,还存在小球轨道运动的离心力、电磁力等其它作用,这时上式中的系数不为4,可能还要大些,一般写成η,故此得出 ρ>ρ0=η(M/a3) 可以用上式分析气体星云在太阳引力下的稳定性问题。 当气体星云的密度ρ达到由太阳质量和距离决定的罗奇密度ρ0时,太阳的引力与气体星云内物质自身引力相平衡。当超过罗奇密度时,实现了星云自身引力的稳定性,开始行星的聚集过程。 现太阳质量 M=1.99×1033g,日地距离α=1.49×1013cm。若仅考虑引力(取η=4)可计算;罗奇密度ρ0=2.3×10-3g/cm3。 地球密度ρ=5.5g/cm3 >>ρ0,故地球在太阳引力作用下,不会被分离,但可产生变形(固体潮)。 星云盘温度 由太阳辐射、云盘消光和云盘热辐射决定,由能量平衡方程可以推算出,云盘内界温度为1900°K,云盘外界温度为15°K。 (3)尘层的形成 云盘中尘粒(包括土物质和冰物质)跟气体一起绕太阳转动,同时也做布朗运动,彼此发生碰撞,结合成颗粒(碰撞吸积),并在引力z方向分量作用下,颗粒克服气体阻力,向赤道沉降,逐渐形成尘层。 (4)星子的形成 当尘层的物质密度足够大时,局部扰动会导致引力不稳定性,使尘层瓦解为许多物质团。物质团的密度随时间而指数式增长。当物质团的密度超过罗奇密度时,就可以自吸引塌缩,聚集成固体-星子。 瓦解之后的星子质量估计为1018g(内区)到1020g(外区)。各物质团自吸引收缩,很快形成星子。 估计地球处由物质团形成星子的时间为104a,木星处的时间为106a。 (5) 行星(胎)的形成 初始星子绕太阳作开普勒运动外,还有随机运动。大量的星子轨道是杂乱章的,因而频繁地相遇和碰撞,发生结合或者碎裂。实验表明,相对速度小于0.5km/s的星子碰撞,其结果总是结合,而相对速度大于1 km/s的星子碰撞,其结果可能发生碎裂。前者成为更大星子,后者成为更小星子。 大星子引力较强,更有效地吸积周围的物质和小星子(引力吸积),迅速成长。小星子引力较弱,吸积残余尘粒而缓慢生长。较大星子(直径大于1 km)因为自身吸引力场强,由碰撞聚积为主过渡到引力吸积为主。物质不断聚集到大星子上,使其生长更快更大,最大星子成为行星胎。 由星子结合行星时间,各人用不同方法估算,就地球而言,竟差3—4量级。据戴文赛估计,地球形成时间为106—107a,木星(固体核)形成时间为107a,水星为104—106a。这与陨星母体的形成时间为几千万年大致相符。 |
随便看 |
百科全书收录4421916条中文百科知识,基本涵盖了大多数领域的百科知识,是一部内容开放、自由的电子版百科全书。