太阳系是如何形成的？

太阳系的形成与太阳本身的演化密切相关。太阳的形成要经历三个时期和五个过程，即星云期、变星期和主序星期。五个过程分别是凝聚收缩过程、快速引力收缩过程、慢速引力收缩过程、辉煌变化过程和氢气燃烧过程，而行星的形成只是太阳演化的副产品，即太阳演化到一定阶段形成行星和卫星等天体。这是一个非常复杂的演变过程，有规律性，有特殊性，也有偶然性。本文只概述了太阳系的形成过程，没有理论推导和复杂的数学计算，只给出了计算结果。

在星云时期(包括凝聚和快速引力收缩)，太阳系是银河系的一部分，距离银河系中心25000光年。在猎户座旋臂附近，太阳带领她的大家庭以250公里/秒的速度围绕银河系中心旋转，周期约为2亿年。50亿年前，太阳系的原始星云就在这个位置。她是银河系巨大的原始气体云(即星际云)经过冷收缩和破裂后分离出来的一个小星云。它有一个初速度和一定的温度(不是高温)，星云的直径大约是3000天文单位。实际上，该星云没有明显的边界，是一个弥散的氢云，密度很低，约为10.17g/cm3，质量是太阳质量的65438。温度低于300K时，有自转，但很慢，几乎与公转同步。星云的主要成分是氢，占71%，其次是氦，占27%，其他元素占2%，包括超新星爆炸飞出的重元素和金属物质，以及挥发性物质和尘埃。太阳系的原始星云围绕银河系中心运行，从一开始就有角动量。当它在凝聚收缩过程中旋转得更快时，就不再与公转同步。由于星云内侧和外侧的距离不等于银心，所以在绕银心做开普勒运动时形成了内快外慢的速度梯度，导致旋转不畅。在银河中心的引潮力作用下，星云湍流，形成大小漩涡，相互碰撞融合，形成大漩涡。最后形成更大的中心涡。随着星云不断缓慢凝聚收缩，旋涡的旋转速度逐渐加快，大量物质开始向旋涡中心汇聚，导致中心区域物质密度增加，引力增大，从而形成了中心引力区。然后物质在引力的作用下向下旋转到中心，星云的凝聚收缩逐渐被引力收缩所取代。此时星云已经从原来的3000个天文单位缩小到70个天文单位。大约几十亿年后，星云体的温度已经下降。

随着星云中心引力区的增强，物质向中心自旋，形成星云坍缩，进入快速引力收缩过程。在星云内部，物质从各个方向沿着漩涡方向迅速向中心下落，形成粗细不一的螺旋状物质流，星云逐渐被拉平，形成一个宽边的帽状圆盘。螺旋状的物质流逐渐演化成四条旋臂，只要角动量不足，就不会形成环，而只有旋臂。从正面看，它像一个收缩的银河系，具有螺旋结构。从侧面看像NGC4594天体(M104)。它在平行于总角动量轴的方向上不受限制地收缩，并迅速坍缩。增加的引力势能转化为物质的内能，但赤道面上的收缩是有限的。这是因为离心加速度削弱了引力，使收缩变慢，从而形成了一个平圆盘，在中央凸起周围有旋臂。整体来看，星云还在收缩，角动量还在向旋臂和中心区域转移。当内旋臂从中心收缩到5.2天文单位时，转速逐渐达到13.1 km/s，旋转产生的离心力与中心区域的重力平衡，于是旋臂停留在这个位置不再收缩，但中心区域的物质继续快速收缩，中心区域和旋臂断裂，中心区域继续收缩。占星云总质量的99.8%，而四个旋臂的质量不到0.2%。此时，原太阳对旋臂仍有强大的引力作用，而旋臂对原太阳也有抑制作用。原太阳的自转被延迟，自转速度逐渐减慢，把原太阳的角动量转移到旋臂上。这时候旋臂上的物质只要角动量不够就会继续向下旋转到中心，但是到了内旋臂就不能再往下掉了。当四个旋臂逐一达到开普勒轨道速度时，演化成四个圆环。圆环按提丢斯-彼得法则分布，其角动量分别占木、地、天、海轨道位置星云总角动量的99.5%，这就是太阳系角动量分布奇特的原因。这样形成的拉普拉斯环不存在所需角动量不足的困难。中心区域坍缩成原太阳，物质密度增大，分子碰撞频繁，产生的内压逐渐增大，使核心处的物质挤压在一起形成星核，释放出大量能量。随着中心温度的升高，增加的热能通过对流向外传播，恒星轻微放热。整个星云类似猎户座KL红外源区的天体。星云时期的快速引力收缩过程持续时间很短，大约几千年。我们常说太阳有50亿年的历史，那么大概就是从这个时候算起。

变星期(包括缓慢的引力收缩过程和辉煌的变化过程):星云形成四个圆环后，大部分质量集中在中心区域1%天文单位的范围内，物质密度大大增加，分子间相互碰撞更加频繁，温度和压力增加。当内部辐射压力和自引力几乎相等时，出现准流体平衡，恒星不再收缩或仅轻微收缩。太阳的雏形基本形成，中心是一个快速旋转的固体核心，核心外是辐射带，然后是地表的对流层。原太阳逐渐转向缓慢的引力收缩过程。

原太阳的物质流动非常复杂。因为物质是气态流体，和刚体有很大的不同，所以在旋转中有很多复杂的运动状态。由于惯性离心力的作用，赤道物质趋于扁平，两极物质会向赤道方向流动，两极物质减少。但引力的作用是维持球形视界，所以也会有物质流向两极，补充那里的物质不足，所以赤道两侧会形成旋转方向不同的涡流，并随着物质流动逐渐靠近。在物质对流和自转的相互作用下，角动量向赤道移动，从而形成恒星的差自转。核心的高密度、高压和高温不断增加，扰乱了热平衡梯度。动能和热量通过混合长度向外传递，温度较低的物质向下下沉，形成对流，由内向外发展为湍流。当中心温度上升到2000K时，氢无法保持分子状态，变成原子，吸收大量热能，导致压力骤降，无法抵抗重力。中央区域坍缩成一个更小更密集的核心，产生强烈的无线电辐射。这些能量辐射可以穿过恒星的稀薄部分，到达恒星表面，从而形成一些明亮的条纹，这就是H-H天体。

不仅有分子高速运动产生的热能，还有恒星内部原子级释放的电磁能。核心温度更高。虽然恒星的自转速度变慢了，但星核仍然快速旋转，靠近核心区域的等离子体也快速旋转。产生了恒星的磁场，磁力线穿过两极。此时恒星产生射电发射，而内部的热能则源源不断地传递到表面。表面温度可达65，438+0，000 K，发出红光。这种能量是时不时传递的。有时候，能量积累到一定程度，就会猛烈爆发，抛出物质。几天之内，量级可以上升5、6级。这个时期相当于金牛座的T型周期或者双鱼座的UV型周期，这就是辉煌的过程。

原太阳中心地区的气温逐渐上升。达到80万K时，氢气被点燃，发生核聚变。首先，氢和氘融合成氦核，产生光子，释放大量核能。突然能量增加一千倍，必然导致剧烈喷发，恒星的亮度会突然变亮很多倍。这是姚星或者新星的爆发，进入了姚的蜕变过程。这期间发生过多次猛烈的喷发，释放出大量的能量和抛射物质，带走了一些角。因为太阳的质量不是太大，所以没有更全面的喷发，只是局部的喷发。

爆发是从恒星内部的核反应区开始的，那里的原子核旋转速度非常快，达到每秒数百公里。物质具有极高的能量，因此喷出物具有高温和高速。第一次喷出物的质量约为太阳质量的百万分之三，温度超过10000度，喷出速度高达每秒616.5公里。它处于熔融半流体状态，高速旋转。当它飞离原太阳时，它会变冷并减速。当它到达当前的金星轨道时，它的速度正好与开普勒的轨道同步，所以它留在轨道上，围绕原太阳运行。仅仅几十年后，原太阳第二次爆发了。喷出物比上一次略多。它仍处于高温熔化状态，高速旋转，初速度略高于上一次。当它进入目前的地球轨道时，它将围绕原太阳运行。数百年后，原太阳第三次爆发。此时，星核温度进一步升高，达到300万度，氘、锂、铍、硼等核反应发生，释放出更多的能量。喷出的物质没有前两次多，但初速较大。其中一个最大的团块进入了目前的火星轨道，更多的碎片散落在木星和火星之间。三次喷发后，原太阳处于暂时的休顿状态。然而，恒星中心的温度继续上升。当达到700万度时，发生四氢聚变氦的质子-质子反应，释放出大量的光子和能量。第四次猛烈喷发发生在原太阳。这次喷发是太阳质量的万分之二，初速度高于前三次，所以飞得更远。其中一个较大的喷出物撞击了天王星的边缘，飞溅的物质碎片到达了海王星的轨道。更多的碎片遍布太阳系空间，有些飞出了海王星的外侧。在这个时候，原太阳的表面温度上升到几千度，散发出热量和光。一颗光芒四射的恒星即将诞生原太阳有大约4亿年的变星。

主序星时期(包括没有发生的氢燃烧过程和氦燃烧过程):原太阳几经波折逐渐稳定，进入氢燃烧过程，释放核能。星核中心的核反应区温度可达654.38+05万度，核反应出现碳氮循环反应，但大量是质子-质子反应，核中心密度为654.38+060 g/cm3，中心压强为3.4。此时恒星表面温度达到5770K，成为G型恒星。太阳辐射主要是电磁辐射和带电粒子流。外层大气不断发出的稳定粒子流——太阳风——驱散了星周物质，使太阳更加清晰，成为年轻的主序星。太阳已经在主序中存在了46亿年。太阳活动仍在继续，呈现11年的周期，表明太阳仍在演化。当太阳中心温度达到1亿度时，氦核聚变是碳核与氧核的反应，进入氦燃烧过程。

类木行星和规则卫星的形成:原始星云在快速引力收缩过程中形成的四个圆环正好在海、天、地、木四个类木行星的轨道上。环中的物质在中心天体的引力作用下倾向于向内运动，在惯性离心力的作用下也倾向于向外运动。同时，由于开普勒不良自转的影响，环物质必然会形成大大小小的漩涡，相互碰撞融合，从小漩涡变成大漩涡。最后形成一个大涡和一个孤立的有几个旋臂(至少四个大旋臂)的小涡，物质向涡的中心汇聚形成中心引力区，加速引力收缩，使旋转速度变快，惯性离心力增大。当离心力和中心体的引力达到平衡时，恒星将不再收缩，当旋臂的旋转速度达到开普勒轨道速度时，它将演化成一个卫星环，形成一个宽沿帽状天体，然后进行引力吸积。原始星云的密度是梯度分布的，越往深处，其外部密度越小。由于一些物质向内转移，外两环形成的两颗行星质量小，是海王星和天王星，内两环形成的两颗行星质量大，是土星和木星。每个星球都有固态的星核，温度高达几千度，最高可达30000度，中心气压为1065438+。但是点燃氢气还不够，也没有核聚变反应。生产力机制仍然是重力势能转化的热能和原子电磁能的释放。星核高速旋转形成磁场，内部热能通过对流传递到恒星表面。所以所有的木质行星都有放热现象和强度不同的射电发射。木星大红斑是内部热能向外传输过程中形成的漩涡。类木行星的表面温度非常低，呈液态。因为恒星是在收缩过程中形成的，所以它们旋转得更快，以保持角动量守恒。

中心体形成行星后，周围的卫星环只要达到远离罗氏极限的罗氏密度就能形成卫星，孤立的小涡旋也能形成小卫星。这些卫星都是规则卫星，但由于自身恒星在洛希极限附近和内部的潮汐作用，无法形成卫星，只能以环的形式存在。因此，所有四个木质行星最初都有一个巨大而壮观的光环。

类地行星、月球和冥王星的形成:原太阳在其蜕变过程中发生了4次剧烈喷发，高温熔融半流体喷出物在金星、地球和火星的轨道上围绕原太阳旋转，成为原行星。金星轨道上的原行星质量约为5.2× 1027g，半径为6165km，自转周期为2.72h，自转线速度为3.95km/s，由于原行星是由高温熔融状态固化而成，具有粘性，粘性系数较大。此时恒星内部没有分化，在高速旋转中受到惯性离心力的牵引。同时，在原太阳引力的长期摄动下，这个长球体逐渐变成了一个一端大一端小的纺锤。随着时间的推移，纺锤体被拉开，形成一大一小两颗姊妹星，互相围绕着对方旋转。根据角动量守恒原理，两颗卫星之间的距离逐渐增大，转速变慢。当两颗卫星相距60万公里时，它们绕质心的自转与绕太阳公转几乎同步。当两颗星的距离接近616000公里时，小星星绕着大星星的内侧(也就是原太阳附近)转，太阳对小星星的引力等于两颗姊妹星之间的引力，所以小星星不再去大星星的外侧，而是两颗星星一起绕着原太阳转，两颗星星的自转周期等于公转周期。但开普勒的轨道在太阳附近比远离太阳快，内侧小恒星的轨道速度比大恒星快。小恒星逐渐移动到大恒星前面，同时被引力摩擦拉成反向旋转，自身被拉成正向旋转，但旋转很慢。随着时间的推移，小恒星逐渐离开原来的轨道，进入新的绕太阳运行的轨道，经过几次循环，形成了今天的水星轨道，原来的姊妹星变成了。所以水星的偏心率和倾角都较大，自转周期略短于公转周期，而金星这颗停留在原轨道上的大恒星被拉成反向自转，同时也有点倾斜，倾角略大。

第二次进入地球轨道的喷出物质量为6.05× 1027g，半径为6444km，自转周期为5小时，自转线速度为2.2km/s，和上一次一样，喷出物由高温熔融状态固化而成，恰好在星体内部发生了分化。由于快速自转的离心力和太阳的摄动，它也被分离成一个大姊妹星和一个小姊妹星，一起绕着质心旋转。两颗卫星的距离在逐渐拉大，自转也在逐渐变慢。直到今天，地球和月球的位置，地球自转周期为24小时，月球自转与绕地球公转同步，始终面向地球。月球上可以找到地球和月球分离的证据。月球面向地球的一面有一个300米高的凸出部分，这是地球和月球分离的证据。地球上的分离不容易看到，位置可能在非洲，不像有些人说的月球从太平洋分离。现在月球仍然以每年3厘米的速度远离地球。可以推断，月球将在几万年后脱离地球，成为太阳系的新行星。

原太阳第三次弹射的一大块进入火星轨道，形成了火星和火星卫星。然而，火星卫星后来被一颗小行星击中，使其破裂，并将其轨道向内移向火星，形成了今天的火卫一，另一片成为火卫一。

大量喷出物的碎片进入火星和木星的轨道之间，逐渐凝结形成小行星。

一些碎片被木质行星捕获，形成不规则卫星，当然也有一些碎片和尘埃进入光环，落在其他天体上。

原太阳的第四次喷发比前三次猛烈得多，喷出物的数量与第三次几乎相同，但初速度更高。喷射出的物质遍布太阳系空间，其中一颗快速旋转，质量约为冥王星的30倍，以17.49 km/s的速度从原太阳喷出，进入天王星轨道时，正从天王星旋转轴上方斜冲而下，撞击到天王星边缘。把它的角动量转移到天王星上，和天王星一起旋转98度，使天王星躺在轨道上旋转。同时，两大块物质和几个碎片在撞击处飞溅，飞出天王星时形成一排，速度逐渐变慢。进入海王星轨道时，前一颗质量为1.3×1025克，速度为4.7千米/秒，后一颗质量为2.2×1025克，速度为4。4 km/s，它们刚刚从海王星内部(太阳附近)飞过来，距离36万km，而这个位置恰好是海王星卫星的开普勒轨道，于是被海王星捕获为卫星，绕过海王星前方，成为逆行轨道卫星。而前一种，由于速度略高，形成了较大的轨道偏心率，其远地点一定在太阳方向，可能要经过几个周期(或者只有一个周期)。当它到达海王星的远地点时，正好在太阳引力的作用下绕太阳运行，成为太阳的新行星，这就是冥王星。同时，它带走了跟随它的一小部分，成为冥王星周围的卫星卡戎。因此，冥王星的轨道倾角为17，偏心率为0.25，其轨道与海王星的轨道相交。当然，2.2×1025克的质量绕着海王星逆行，变成了海卫一。海卫一上的陨石坑很少，说明它形成于较晚的阶段，缺乏陨石撞击。

第四次喷发的碎片遍布太阳系的空间，有的被行星捕获成为卫星，有的落在天体上成为陨石，有的进入四个木本行星的环和小行星带，有的飞到海王星外侧形成柯伊伯带。当然，不排除后来也有少量彗星物质进入柯伊伯带，估计会有一些碎片飞出太阳系。