太陽系的形成與演進(jìn)與宇宙星系的結(jié)構(gòu)

鐘萃相

摘 要：筆者通過建立星球火山噴發(fā)改變星球公轉(zhuǎn)速度和星球變速引起星球變軌的計(jì)算模型，并根據(jù)計(jì)算機(jī)的高精度計(jì)算，發(fā)現(xiàn)星球上一定規(guī)模的火山噴發(fā)或天體與星球的撞擊確實(shí)能夠改變星球的軌道，使星球在成長的過程中漸漸地遠(yuǎn)離母星，從而首次揭示了月球的形成和演進(jìn)規(guī)律。并根據(jù)月球的形成和演進(jìn)機(jī)制，進(jìn)一步揭示了太陽系的形成和演進(jìn)規(guī)律，并能科學(xué)地解釋為什么環(huán)繞太陽的八大行星都是順行的，為什么八大行星的軌道幾乎處于同一個(gè)平面，為什么八大行星多數(shù)自西向東旋轉(zhuǎn)。該理論還可以用來解釋其他宇宙星系的結(jié)構(gòu)、宇宙的膨脹和全球氣候變化的原因。

關(guān)鍵詞：太陽系 月亮 地球 形成 演進(jìn) 變軌 星系結(jié)構(gòu) 宇宙膨脹 全球氣候變化

中圖分類號(hào)：P184.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）12（c）-0001-06

關(guān)于太陽系的形成和演進(jìn)，人們已提出多種假說[1-2]。這些假說大致可以分為兩類：一類是星云說，另一類是災(zāi)變說。但兩類假說都有嚴(yán)重的問題。其中最為廣泛接受的假說是星云說，這種假說認(rèn)為太陽系是由46億以前的一個(gè)橫跨數(shù)光年的巨大分子云經(jīng)引力坍縮而成。由于該分子云的大部分質(zhì)量集中于太陽系中心，從而形成了太陽；剩余的質(zhì)量則形成了扁平的原行星盤，從這個(gè)盤中形成了太陽系的各大行星、衛(wèi)星及其他天體。但隨著20世紀(jì)50年代太空時(shí)代曙光的出現(xiàn)及90年代太陽系外行星的發(fā)現(xiàn)，這種假說不得不為適應(yīng)新的發(fā)現(xiàn)而被修改。但即使是修改后的假說仍然無法解釋許多事實(shí)。比如，為什么行星能圍繞太陽旋轉(zhuǎn)？為什么離太陽系中心較近的水星和金星本來有較多的物質(zhì)來形成其衛(wèi)星，卻沒有一顆衛(wèi)星？還有許多無法解釋的事實(shí)。所有這些事實(shí)都使現(xiàn)有的假說難以置信。于是，作者通過研究月球的起源，發(fā)現(xiàn)了衛(wèi)星、行星和恒星的形成和演進(jìn)機(jī)制，從而揭示了太陽系及其他宇宙星系的形成和演進(jìn)規(guī)律。

1 月球的形成和演進(jìn)

1.1 原有假說的脆弱性

對(duì)于月球的形成，人們也提出了多種假說[3]。一種假說是分裂說，即有人認(rèn)為在太陽系形成初期，地球和月球原是一個(gè)整體，那時(shí)地球還處于熔融狀態(tài)，由于地球自轉(zhuǎn)非?？?，因此月球通過離心力從地殼中分裂出來了，但這要求地球的初始旋轉(zhuǎn)速度太快以至難以令人置信。事實(shí)上，作者近來的研究表明在地球形成之初，地球繞太陽的軌道很近，地球應(yīng)該像水星和金星那樣自轉(zhuǎn)速度很慢，因此這種假說明顯有錯(cuò)。另一種假說是俘獲說[4]，即有人認(rèn)為月球是地球通過地心引力俘獲的現(xiàn)成天體，但這要求一個(gè)實(shí)際上不可行的擴(kuò)展的地球大氣層來散發(fā)穿過大氣層的月球的能量。還有一種假說是同源說，即有人認(rèn)為地球和月球是在同一個(gè)原始吸積盤里形成的，但這無法解釋月球中金屬鐵的剝奪。而且這些假說還不能解釋地-月系統(tǒng)所要求的高標(biāo)準(zhǔn)角動(dòng)量。

當(dāng)今占上風(fēng)的假說是碰撞說[5]，即有人認(rèn)為地-月系統(tǒng)是一次大碰撞的結(jié)果：一個(gè)火星大小的天體撞上剛剛形成的原始地球，爆炸的物質(zhì)進(jìn)入環(huán)繞地球的軌道，然后積聚形成月球。然而，隕石分析表明火星和灶神星這些太陽系內(nèi)的天體具有與地球大不相同的氧和鎢同位素組成，而地球和月球具有幾乎相同的同位素組成。發(fā)表在2012年的對(duì)Apollo月球樣本所作的鈦同位素分析也表明月球和地球具有相同的組成[6]，這與月球形成的碰撞說相矛盾。另外，若真的發(fā)生了這樣的碰撞，則碰撞過程中所釋放的巨大能量以及隨后在地球軌道中發(fā)生的物質(zhì)重聚將融化整個(gè)地球外殼，形成巖漿海洋。新形成的月球上也有它自己的巖漿海洋，估計(jì)海洋深度從500 km到整個(gè)月球半徑之長。然而事實(shí)并非如此，可見碰撞說也不成立。

既然月球既不是被地球俘獲的一個(gè)現(xiàn)成天體，也不是地球與別的天體碰撞的產(chǎn)物，因此月球只能是地球自身的產(chǎn)物。但是，地球也不具有足夠的轉(zhuǎn)速來把與地球緊密相連的月球部分隨意拋出去，因此，月球應(yīng)該像人造衛(wèi)星那樣，構(gòu)成月球的物質(zhì)應(yīng)該在特殊力的作用下從地球射入空中，進(jìn)入繞地球旋轉(zhuǎn)的某些軌道，然后逐漸地積聚巨大的衛(wèi)星。

1.2 月球起源新解說

許多科學(xué)研究表明，

大約在45億年以前，也即在地球形成之初，地球便開始出現(xiàn)了頻繁的火山噴發(fā)，因?yàn)槟菚r(shí)地球離太陽很近，地球繞太陽運(yùn)行的速度也快得多，地球內(nèi)部積蓄了大量的熱量，因而導(dǎo)致了頻繁而猛烈的火山噴發(fā)。在一些猛烈的火山噴發(fā)過程中，有些諸如火山灰、火山彈和浮石之類的碎屑在巨大的巖漿噴射力的推動(dòng)下可獲得第一宇宙速度以上的飛行速度，從而進(jìn)入繞地球運(yùn)行的軌道，形成一層一層的環(huán)球“星云”。在這些進(jìn)入繞地軌道的碎屑中有一塊體積較大的碎片就是后來形成月球的雛形。另外，當(dāng)火山噴射的方向與地球自轉(zhuǎn)的方向一致時(shí)，射出的巖石碎片容易獲得第一宇宙速度（7.9 km/s）以上的飛行速度，所以在環(huán)繞地球的同一軌道中順行碎片比逆行碎片多。因此，順行星子可以吸收合并更多的順行碎屑，碰撞更少的逆行碎屑，因而更容易成長為月球。這就是為什么月球是順行衛(wèi)星的原因。

月球雛形最初進(jìn)入的繞地軌道相距地球較近，地球周圍有大量的火山噴射物質(zhì)，如火山灰、水蒸氣、SO2形成的氣溶膠等，形成環(huán)繞地球的“星云”。后來月球雛形不斷地吸收軌道附近的這些物質(zhì)而變得越來越大，并漸漸地遠(yuǎn)離地球，成為今天龐大的月球。關(guān)于這一點(diǎn)，可證明如下：當(dāng)月球繞地球正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，地球?qū)υ虑虻娜f有引力與月球的離心力大小相等、方向相反，假設(shè)地球的質(zhì)量為M，月球的質(zhì)量為m1，月球的半徑為rm，月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道半徑為r，轉(zhuǎn)速為v，則

靠近月球的軌道，還有一些較小的由地球拋射物形成的星子在環(huán)地飛行，如圖1所示。假設(shè)這些星子的軌道半徑為rx，則這里所考慮的星子的軌道半徑滿足：r-rm< rx

假設(shè)星子的運(yùn)行速度為vx，則

因此這些較小的順行星子最終將趕上月球。特別地，當(dāng)一個(gè)較小的順行星子接近月球時(shí)，月球的引力又加速該星子的運(yùn)動(dòng)，使星子的速度大于vx。假設(shè)該星子的質(zhì)量為m2，當(dāng)它撞上月球時(shí)的速度為vy，則月球與該星子合并時(shí)的離心力是

即月球繞地球旋轉(zhuǎn)的離心力大于地球?qū)υ虑虻囊?，因而月球重心有遠(yuǎn)離地球的趨勢(shì)。特別地，如果撞擊月球的星子足夠大，它還可能猛烈地撞擊月球，使月球的順行速度增至更大的值v2，這時(shí)

月球重心就遠(yuǎn)離地球一段距離?？傊?，隨著月球質(zhì)量的遞增，月球重心也在遠(yuǎn)離地球。

月球形成之初是一個(gè)冷卻的均質(zhì)球體，但隨著月球質(zhì)量和體積的不斷增加，月球內(nèi)部的熱能不斷積聚，包括月球高速旋轉(zhuǎn)（速度接近7.9 km/s）引起的氣流摩擦產(chǎn)生的熱能，月球自身引力收縮過程產(chǎn)生的熱能，原始月球內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的熱能。正是由于月球原始熱能積聚到一定程度，才使原始月球物質(zhì)發(fā)生了熔融分異，形成了月球的不同圈層：月核，月幔核，月殼[7]。

月球早期的軌道離地球大氣層很近，特別是月球正面（即靠近地球的那一面）有一大塊表面浸泡在地球大氣層中，因此月球從地球大氣層中吸收了大量的水氣，在月球表面形成了大面積的冰水覆蓋區(qū)，月海由此產(chǎn)生。特別地，由于在月球高速環(huán)繞地球公轉(zhuǎn)的過程中，月球表面會(huì)產(chǎn)生自東向西的氣流或風(fēng)暴，因此在月球西半球產(chǎn)生了“風(fēng)暴洋”。現(xiàn)在科學(xué)家也已發(fā)現(xiàn)，月球兩極地區(qū)仍然存在著大量的冰水物質(zhì)。但是，在月球環(huán)地飛行過程中，月球東半球總處于頭部位置，與空氣的摩擦較劇烈，產(chǎn)生大量的熱量，使東半球氣溫較高；加上月球東面始終面向太陽，也使其表面溫度高于西半球。因此，月球東半球氣溫高于西半球，這就使東半球氣流活躍，不容易凝結(jié)冰水，而西半球氣溫較低，容易凝結(jié)冰水，因此西半球覆蓋著較多的冰水，這就是為什么西半球具有較多的月海。

由于冰水的長期侵蝕，許多地方的月殼破裂，當(dāng)冰水進(jìn)入月幔與熾熱的巖漿接觸時(shí)，水分立即氣化，產(chǎn)生猛烈的火山噴發(fā)。由于西半球覆蓋著較厚的冰水，因此西半球發(fā)生火山噴發(fā)的概率和強(qiáng)度高于東半球?？偟膩碚f，月球西面所受火山推動(dòng)力大于東面所受火山推動(dòng)力，這就會(huì)使月球公轉(zhuǎn)增速，發(fā)生變軌，從靠近地球的軌道逐漸轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)離地球的軌道。關(guān)于這點(diǎn)可分如下兩步來說明。

（1）月球公轉(zhuǎn)增速引起月球軌道擴(kuò)大。

假設(shè)地球的質(zhì)量為M，月球的質(zhì)量為m，月球原先在半徑為r1的圓形軌道1上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖2所示，則其速度V1=。若月球在A點(diǎn)受到推力作用而加速，則由于地球?qū)υ虑虻娜f有引力小于月球以加速后的速度繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，從而做離心運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入橢圓軌道。故假設(shè)月球在A點(diǎn)的速度由V1增大到VA2時(shí)，月球可進(jìn)入近地點(diǎn)距地球中心為r1，遠(yuǎn)地點(diǎn)距地球中心為r2的橢圓軌道2，則根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知，月球從近地點(diǎn)A運(yùn)動(dòng)到遠(yuǎn)地點(diǎn)B時(shí)應(yīng)有

（1）

ΔEp= （2）

又由開普勒第二定律可知

（3）

由式（1）～（3）式可求出

VA2=V1（4）

類似地，欲使月球從半徑為r1的圓形軌道進(jìn)入近地點(diǎn)距地球中心為r1，遠(yuǎn)地點(diǎn)距地球中心為r3的橢圓軌道3，則月球在A點(diǎn)的速度應(yīng)由V0增大到VA3，其中

VA3=V1（5）

由式（4）～（5）式可求出

VA3=

VA2（6）

VA3-VA2=（-1）VA2 （7）

由此可見，欲使月球從橢圓軌道2變軌到橢圓軌道3就應(yīng)該使月球在A點(diǎn)的速度VA2增加（-1）VA2。

例如，假設(shè)起初月球質(zhì)量為7.349e20kg，它運(yùn)行在一個(gè)近似圓形的橢圓軌道上，近地點(diǎn)距離r1=8200 km，遠(yuǎn)地點(diǎn)距離r2=8220 km，近地點(diǎn)處的公轉(zhuǎn)速度VA2=7896 m/s。根據(jù)式（7），用計(jì)算機(jī)可算出，欲使月球從原有的橢圓軌道變軌到遠(yuǎn)地點(diǎn)距離r3=r2+0.0002m的橢圓軌道，月球在近地點(diǎn)的公轉(zhuǎn)速度應(yīng)增加6.16869e-8m/s。當(dāng)月球運(yùn)行到近地點(diǎn)距離r1=200000km，遠(yuǎn)地點(diǎn)距離r2=220000km，近地點(diǎn)處的公轉(zhuǎn)速度VA2=1412.48m/s的橢圓軌道上時(shí)，欲使月球從原有橢圓軌道變軌到遠(yuǎn)地點(diǎn)距離r3=r2+0.04m的橢圓軌道，月球在近地點(diǎn)的公轉(zhuǎn)速度應(yīng)增加6.11464e-8m/s。可見衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)變軌越容易。

一般地，如下圖3（a）所示，對(duì)于橢圓軌道2上的任一點(diǎn)D，假設(shè)D與地心之間的距離為r4，月球在D點(diǎn)的線速度為VD，則由開普勒第二定律可得

（8）

假設(shè)月球在D點(diǎn)受到推力作用得到加速，使VD變?yōu)閂4，能使月球變軌到更大的橢圓軌道4。如果該橢圓軌道的近地點(diǎn)距離不變，則其遠(yuǎn)地點(diǎn)距離必增加。假設(shè)當(dāng)月球在軌道2的A點(diǎn)由速度VA2增大到VA4時(shí)，月球也可進(jìn)入軌道4，則

（9）

由式（8）和（9）可得

（10）

（11）

即如果月球在軌道2的A點(diǎn)發(fā)生ΔV的增速能使月球軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)距離增加，則月球在軌道2的D點(diǎn)只需發(fā)生ΔV（<1）的增速就可以使月球軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)距離具有同樣的增幅。由于D的任意性，可見由于月球增速引起月球軌道擴(kuò)大的概率是很大的。

類似地，如圖3（b）所示，對(duì)于從遠(yuǎn)地點(diǎn)B出發(fā)駛向近地點(diǎn)E的半橢圓軌道2上的任一點(diǎn)D，如果月球在D點(diǎn)受到推力作用而被加速，則能使月球變軌到近地點(diǎn)距離增加的軌道4。

（2）火山噴發(fā)改變?cè)虑蚬D(zhuǎn)速度。

如前面圖1所示，在月球繞地球公轉(zhuǎn)的過程中，當(dāng)月球上有火山口朝著與月球公轉(zhuǎn)切線方向相反的方向連續(xù)不斷地噴出大量的高速氣體及其他火山物質(zhì)時(shí)，可使月球獲得巨大的動(dòng)量，提高公轉(zhuǎn)切向速度。因此，可參考火箭飛行原理來計(jì)算月球公轉(zhuǎn)切向速度的增量。

設(shè)在某一瞬時(shí)t，月球質(zhì)量為M，速度為v， 在其后t到t+dt時(shí)間內(nèi)，月球噴出了質(zhì)量為dm的物質(zhì)，這些物質(zhì)噴離月球的速度為u，使月球的速度增加了dv，所以在時(shí)刻t+dt，月球的質(zhì)量為M+dM，速度為v+dv， 噴出物質(zhì)的質(zhì)量為dm（當(dāng)dt很小時(shí)，比如當(dāng)dt≤1秒時(shí)，可以認(rèn)為這些物質(zhì)此刻飛行在空中），速度為（v+dv-u）. 由于月球在繞地球公轉(zhuǎn)的過程中所受的外力僅有地球?qū)υ虑虻囊驮虑蚶@地球旋轉(zhuǎn)的離心力，兩個(gè)力相互抵消，使外部合力為0，因此根據(jù)動(dòng)量守恒定理有

Mv=[M+dM]（v+dv）+dm（v+dv-u）]

注意到dM=-dm，上式可化簡(jiǎn)為

dv=-u*dM/M

設(shè)在某一時(shí)刻ti，月球的質(zhì)量為Mi，公轉(zhuǎn)速度為vi，在其后ti到tj時(shí)間內(nèi)地球噴出了一些物質(zhì)，到了時(shí)刻tj，地球剩余質(zhì)量為Mj，公轉(zhuǎn)速度變?yōu)関j，則對(duì)上式積分可得：

設(shè)月球原有質(zhì)量與第1秒火山噴發(fā)后剩余質(zhì)量比為N1，月球球剩余質(zhì)量（包括落回月球的物質(zhì)的質(zhì)量）與第2秒火山噴發(fā)后剩余質(zhì)量比為N2，...，以此類推.設(shè)火山噴發(fā)前地球原有速度為v0，第i秒火山噴發(fā)射出物質(zhì)的速度為ui，第i秒火山噴發(fā)后地球獲得的速度為vi，則

一般可認(rèn)為且（其中u>0， N>0），于是vk- v0=kuln（N）

在計(jì)算火山活動(dòng)時(shí)，應(yīng)該參照其他星球上的數(shù)據(jù)。地球歷史上著名的維蘇威火山持續(xù)噴發(fā)了10多個(gè)小時(shí)，每秒能噴出1.54321萬噸碎石、熔巖、灰燼和氣體。被人們譽(yù)為“地中海燈塔”的意大利斯通博利火山幾乎連續(xù)噴發(fā)了至少100年之久。旅行者1號(hào)發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)一上的火山噴射速度可達(dá)1000m/s。

火山噴發(fā)還與地理位置有關(guān)系。由于月球西半球發(fā)生火山噴發(fā)的概率和強(qiáng)度都高于東半球，因此月球西面所受火山推動(dòng)力大于東面所受火山推動(dòng)力，這就會(huì)使月球公轉(zhuǎn)增速，發(fā)生遠(yuǎn)離地球的變軌。

由于月球上可能有多個(gè)火山口同時(shí)噴發(fā)，因此可以不過分地假設(shè)有一個(gè)火山群每秒噴物總量為1.54321e9kg（相當(dāng)于1個(gè)維蘇威火山口每秒的噴發(fā)量），而且火山噴射物質(zhì)的速度為1000m/s，則經(jīng)過1個(gè)小時(shí)的連續(xù)噴發(fā)，可使質(zhì)量為7.349e20kg的月球公轉(zhuǎn)增速7.59393e-8m/s。這個(gè)增速可以使月球從近地點(diǎn)距離r1=8200km和遠(yuǎn)地點(diǎn)距離r2=8220km的橢圓軌道變軌到遠(yuǎn)地點(diǎn)距離增加0.033 m的軌道上；也可以使質(zhì)量為7.349e22的月球從近地點(diǎn)距離r1=200000km和遠(yuǎn)地點(diǎn)距離r2=220000 km的軌道變軌到遠(yuǎn)地點(diǎn)距離增加0.04m的軌道上。

正如式（10）和（11）所表明的那樣，在從近地點(diǎn)出發(fā)駛向遠(yuǎn)地點(diǎn)的半橢圓軌道上的任一點(diǎn)D發(fā)生同樣規(guī)模的火山噴發(fā)都能使月球獲得差不多相同的增速效果，因而可使月球發(fā)生差不多相同規(guī)模的變軌。由于月球早期軌道離地球較近，公轉(zhuǎn)速度較大，積蓄的熱能較多，因此火山噴發(fā)頻率和強(qiáng)度都大得多。當(dāng)月球軌道遠(yuǎn)離地球時(shí)，比如近地點(diǎn)距離r1=200000km和遠(yuǎn)地點(diǎn)距離r2= 220000km，雖然火山噴發(fā)頻率變小，但同樣幅度的月球增速卻可以使月球發(fā)生好幾倍的變軌。因此在40億年之內(nèi)，月球能夠遠(yuǎn)離地球30多萬公里。

表1還列出了用計(jì)算機(jī)算出的多種不同軌道的火山噴發(fā)可引起的月球變軌數(shù)據(jù)。

軌道近地距離，遠(yuǎn)地距離（km）月球質(zhì)量（kg）火山噴速（m/s）每秒噴出質(zhì)量 （kg/s）每年噴射次數(shù)×每次噴射時(shí)間（h）每年月球變軌距離（m）

8200， 8220 7.349e20

10001.54321e910×1≥10×0.033

10000，110002.940e2110001.54321e910×1 ≥10×0.013

20000，220007.349e2110001.54321e910×1 ≥10×0.015

30000，330001.470e2210001.54321e910×1≥10×0.014

40000，440002.940e22 10001.54321e910×1≥10×0.011

50000，55000 4.421e22 10001.54321e910×1≥10×0.010

60000，66000 5.879e2210001.54321e910×1≥10×0.0080

80000，88000 6.614e2210001.54321e910×1≥10×0.013

90000，990007.349e22 10001.54321e910×1≥10×0.014

100000，1100007.349e221000 1.54321e910×1≥10×0.017

200000，2100007.349e2210001.54321e95×1≥5×0.046

300000，3100007.349e2210001.54321e92×1 ≥2×0.083

350000，3600007.349e221000 1.54321e92×1≥2×0.100

363000，3800007.349e2210001.54321e92×1≥2×0.110

1.3 討論

根據(jù)上面的討論可知，正是在地球發(fā)生巨大火山噴發(fā)時(shí)月雛被射入繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道，然后不斷地凝聚軌道附近的星云物質(zhì)而變得越來越大，并在星子撞擊或火山驅(qū)動(dòng)下漸漸地遠(yuǎn)離地球，演變成今天的月球?？梢娫虑蚴怯傻厍蛏傻?，因此，這個(gè)月球起源新解說可被稱為“代生理論（generation theory）”。這個(gè)新解說具有許多的優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地回答現(xiàn)有解說[8-10]所不能回答的許多問題。

（1）對(duì)于“為何地球和月球具有幾乎相同的同位素組成”的問題，回答是由于月球上的物質(zhì)多數(shù)是從地球上噴發(fā)出來的，少數(shù)來自星際物質(zhì)，因此地球和月球具有幾乎相同的同位素組成。

（2）對(duì)于“月球上為何缺少揮發(fā)分”的問題，回答是由于地球噴出火山巖和火山灰時(shí)揮發(fā)分散失殆盡，因此由地球噴出的火山巖和火山灰凝聚而成的月球上缺少揮發(fā)分。

（3）對(duì)于“月球上為何缺少鐵元素”的問題，回答是在地球的形成過程中，地球經(jīng)過熔融分異形成了地核、地幔和地殼三層，比重較大的鐵元素已沉入地核，較輕的元素浮在上層。月球上的物質(zhì)多數(shù)是從地球火山口噴射出來的，這些物質(zhì)多數(shù)來自地?；虻貧?，因此月球上缺少如鐵那樣的重元素另外，月球也經(jīng)過熔融和分異，鐵元素熔融物質(zhì)下沉到月球中心，形成由鐵、鎳等元素組成的月核，因此從月球表面所采的月樣往往缺少鐵元素。

（4）對(duì)于“為何月球的密度（3.3 g/cc）比地球的密度（5.5 g/cc）要小”的問題，回答是月球主要是由地球火山噴射出來的火山灰、浮石等物質(zhì)凝聚而成的，這些物質(zhì)的密度較小，導(dǎo)致月球的平均密度也較小。另外，地心引力遠(yuǎn)大于月心引力，致使地球的密度大于月球的密度。還有，地球形成初期，靠近太陽，繞太陽高速旋轉(zhuǎn)，致使地球內(nèi)部溫度劇烈升高，使地球達(dá)到高度的熔融狀態(tài)，而月球繞地球旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度比地球繞太陽旋轉(zhuǎn)速度慢得多，因此月球內(nèi)部積聚的溫度比地球熔融狀態(tài)時(shí)的溫度低得多，因此月球內(nèi)部未達(dá)到地球曾有過的熔融狀態(tài)，因此月球的密度要低于地球的密度。

（5）對(duì)于“為何有的行星有衛(wèi)星而有的行星沒有衛(wèi)星”的問題，回答是水星和金星表面溫度較高，其上沒有水或冰，很少產(chǎn)生火山噴發(fā)，故沒有形成衛(wèi)星；而地球、火星、木星、土星、天王星、海王星上面存在大量的水或冰，產(chǎn)生過無數(shù)次火山噴發(fā)，因而形成了各自的衛(wèi)星。

（6）在45億年前地球上就出現(xiàn)了火山噴發(fā)，從那時(shí)起地球火山噴發(fā)就一直沒有停止過，所以由火山云凝聚成月球的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于由星球碰撞所生云團(tuán)凝聚成月球的概率大得多。可見本解說比碰撞說更加自然，更具說服力。

2 太陽的形成和演進(jìn)

由于太陽繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)，因此可以推斷它原來是由銀河系中心某個(gè)母星產(chǎn)生的一個(gè)衛(wèi)星，正如月球是由地球產(chǎn)生的那樣。

當(dāng)該衛(wèi)星成長為地球大小的行星時(shí)，它便能從宇宙空間中吸收大量的水氣來形成自己的大氣層，甚至形成大的冰體或水體。當(dāng)它的母星變成發(fā)光發(fā)熱的恒星時(shí)，由于它繞其母星按反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，該行星上靠近母星的那一面受到來自母星陽光的照射，使該面的溫度高于背面的溫度，從而使該面蒸發(fā)起更多的水氣，甚至形成撞擊高山的巨云或橫掃大地的風(fēng)暴。因此，在該行星繞母星旋轉(zhuǎn)的過程中，該行星上靠近母星的那一面比另一面受到更大的空氣阻力，從而使該行星從西向東自轉(zhuǎn)。這也是一般行星從西向東自轉(zhuǎn)的原因。

由于行星自轉(zhuǎn)離心力的作用使行星成長為赤道隆起、兩極稍扁的球體。行星赤道半徑大于兩極及其他位置的半徑，而萬有引力和距離的平方成反比，所以越靠近赤道物體受到的萬有引力越小，所以在赤道附近射出的物質(zhì)容易獲得足夠的速度，進(jìn)入繞行星旋轉(zhuǎn)的軌道。另外，如果行星上有水，則在萬有引力的作用下，會(huì)使得兩極及其他地區(qū)的水流向赤道區(qū)域，也會(huì)使赤道隆起、兩極扁平。因此，赤道附近比其他地區(qū)受到水的侵蝕更早和更嚴(yán)重，這就使得赤道附近更容易發(fā)生火山噴發(fā)，而且噴發(fā)得更早、更頻繁和更猛烈。在一些猛烈的火山噴發(fā)過程中，一些火山灰和碎屑可以獲得足夠的速度，進(jìn)入繞行星旋轉(zhuǎn)的軌道。特別是，當(dāng)火山的噴射方向與行星的自轉(zhuǎn)方向一致時(shí)，噴出的物質(zhì)容易獲得足夠的速度，進(jìn)入繞行星旋轉(zhuǎn)的軌道；當(dāng)火山的噴射方向與行星的自轉(zhuǎn)方向相反時(shí)，噴出的物質(zhì)難以獲得足夠的速度來進(jìn)入繞行星旋轉(zhuǎn)的軌道。所以，在環(huán)繞行星的同一軌道中順行物質(zhì)多于逆行物質(zhì)。因此，順行星子可以積聚更多的順行物質(zhì)，碰撞更少的逆行物質(zhì)，因而容易形成衛(wèi)星。當(dāng)該行星長大成恒星時(shí)，它的一些衛(wèi)星就成長為行星。這就是為什么環(huán)繞太陽的八大行星都是順行的行星。另外，由于赤道附近噴出的物質(zhì)容易獲得足夠的速度，進(jìn)入繞行星旋轉(zhuǎn)的軌道，然后凝聚成衛(wèi)星。這就是為什么八大行星的軌道幾乎位于同一個(gè)平面，而且該平面與赤道面的夾角很小。

太陽的成長經(jīng)歷了多個(gè)階段。開始太陽是一個(gè)體積和質(zhì)量都很小的衛(wèi)星。后來該衛(wèi)星不斷地吸積軌道附近的“星云”物質(zhì)而變得越來越大，并在星子撞擊或火山驅(qū)動(dòng)下漸漸地遠(yuǎn)離銀河中心，演進(jìn)成地球大小的行星。后來它又遇到了一些通過變軌從后面追趕上來的行星的撞擊，使它成長為比木星更大的氣體巨星，而且更加遠(yuǎn)離銀河中心。當(dāng)太陽變成接近現(xiàn)在大小的原恒星時(shí)，該原恒星內(nèi)部氫的壓力和密度大得足以啟動(dòng)熱核反應(yīng)。當(dāng)該原恒星上發(fā)生猛烈火山噴發(fā)或與軌道附近的天體發(fā)生碰撞時(shí)，便啟動(dòng)了其上的熱核反應(yīng)。僅當(dāng)太陽大得足以吸收軌道附近的氣體和塵埃來維持其熱核反應(yīng)時(shí)，它才能成為主序星，即一個(gè)永恒地發(fā)光和發(fā)熱的星球。

3 行星的形成與演進(jìn)

正如前面所述，太陽系的八大行星起源于后來形成太陽的行星的衛(wèi)星，在八大行星的成長過程中，它們不斷地吸積軌道附近的“星云”物質(zhì)而變得越來越大，并在星子撞擊或火山驅(qū)動(dòng)下漸漸地遠(yuǎn)離母星。

3.1 水星的形成與演進(jìn)

現(xiàn)在水星是離太陽最近的行星，白天表面溫度可達(dá)到430 ℃，夜間可能降至-170 ℃。所以其上沒有大氣層或水。但“信使號(hào)”太空飛船發(fā)現(xiàn)水星上存在過去火山活動(dòng)的證據(jù)。這意味著水星是在太陽還處于未發(fā)光的原恒星狀態(tài)時(shí)形成的衛(wèi)星。水星的早期軌道比現(xiàn)在的軌道離太陽近得多，因此它以比現(xiàn)在快得多的速度繞原恒星旋轉(zhuǎn)。水星的高速旋轉(zhuǎn)使得其內(nèi)部積聚了大量的熱量，從而使其內(nèi)部物質(zhì)發(fā)生了熔融和分異，形成了包括殼、幔、核在內(nèi)的不同層次。由于水星受到水的侵蝕較小，因此它具有較高的金屬含量。

另一方面，由于水星的早期軌道離原恒星非常近，因此它從原恒星的大氣層中吸收了大量的水氣，形成了其上的巨大水體或冰體。在水的長期侵蝕下，水星上發(fā)生了一系列火山噴發(fā)。猛烈的火山噴發(fā)能夠改變水星繞原恒星的軌道。當(dāng)水星被驅(qū)離太陽到當(dāng)前軌道附近時(shí)，原恒星就變成了主序星。來自太陽的巨大熱量使得水星上的水氣全部被蒸發(fā)掉了，留下干燥的水星。所以，它無法產(chǎn)生足夠的火山噴發(fā)來形成自己的衛(wèi)星。

由于水星的大氣層非常稀薄，水星白天和晚上的溫度差對(duì)于水星的大氣密度幾乎沒有什么影響，加上水星離太陽很近，因此水星被太陽引力緊緊鎖定，使水星自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的周期相同，除了公轉(zhuǎn)幾乎沒有自轉(zhuǎn)。

3.2 金星的形成與演進(jìn)

金星是離太陽第二近的行星，但它是太陽系中最熱的行星，因?yàn)槠浯髿鈱又泻泻芎竦臏厥覛怏w，能夠捕獲和保留大量的太陽熱能。因?yàn)槿绱俗茻臒崃繒?huì)使任何東西蒸發(fā)了，所以其上沒有大氣層或水，使金星表面非常干燥。但太空飛船在火星上發(fā)現(xiàn)了許多過去火山活動(dòng)的證據(jù)。所以，正如水星那樣，金星也是在太陽還處于原恒星狀態(tài)時(shí)形成的衛(wèi)星。金星的早期軌道比現(xiàn)在的軌道離太陽近得多，因此它從原恒星的大氣層中吸收了大量的水氣，形成了其上的巨大冰水體。許多猛烈的火山噴發(fā)能夠改變金星繞原恒星的軌道，將金星驅(qū)離原恒星到當(dāng)前軌道附近。另外，小行星不時(shí)的撞擊，也能把金星驅(qū)離原恒星。但在原恒星變成了主序星后，來自太陽的巨大熱量使得金星上的水氣全部被蒸發(fā)掉了，留下干燥的金星。所以，它無法產(chǎn)生足夠的火山噴發(fā)來形成自己的衛(wèi)星。

另外，金星的自轉(zhuǎn)是個(gè)例外。因?yàn)榻鹦潜砻鏈囟确浅８?，其上的水蒸氣早已被蒸發(fā)殆盡，這使得太陽的照射無法影響金星大氣的密度，因此金星上靠近太陽那一面的大氣密度與另一面的大氣密度幾乎相等。但是由于大氣層上的溫度差，金星上靠近太陽那一面的大氣密度略低于另一面的大氣密度，從而使得金星自東向西自轉(zhuǎn)。

3.3 地球的形成與演進(jìn)及全球氣候變化

正如水星和金星，地球也是在太陽還處于原恒星狀態(tài)時(shí)形成的衛(wèi)星，但它比水星和金星形成得更早。由于地球的早期軌道比現(xiàn)在的軌道離原恒星近得多，因此它以比現(xiàn)在快得多的速度繞原恒星旋轉(zhuǎn)。地球的高速旋轉(zhuǎn)使得其內(nèi)部積聚了大量的熱量，從而使其內(nèi)部物質(zhì)發(fā)生了熔融和分異，形成了包括殼、幔、核在內(nèi)的不同層次。

另一方面，地球的早期軌道比現(xiàn)在的軌道離原恒星近得多，因此它從原恒星的大氣層中吸收了大量的水氣，形成了其上的冰水體。由于水的長期侵蝕，地球上發(fā)生了一系列火山噴發(fā)，月亮就是由地球火山噴射物質(zhì)形成的。猛烈的火山噴發(fā)能夠改變地球繞原恒星的軌道，直到地球轉(zhuǎn)移到當(dāng)前軌道附近，那時(shí)原恒星也變成了主序星，地球也成長為具有一個(gè)很大的水圈和大氣層的巨星。當(dāng)它繞太陽按反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，該地球上靠近太陽的那一面受到來自陽光的照射，使該面的溫度高于背面的溫度，從而使該面蒸發(fā)起更多的水氣。因此，在地球繞太陽旋轉(zhuǎn)的過程中，地球上靠近太陽的那一面比另一面受到更大的空氣阻力，從而使該行星從西向東自轉(zhuǎn)。這就是一般行星從西向東自轉(zhuǎn)的原因。

因?yàn)榈厍蜍壍赖奈⑿∽兓湍芨淖冴柟庠诘厍虮砻嫔系募竟?jié)性分布和地理性分布，所以地球軌道的變化對(duì)氣候的變化影響較大，而且與冰期和間冰期顯著相關(guān)。比如，發(fā)生在傍晚前后的火山噴發(fā)，能為地球的公轉(zhuǎn)產(chǎn)生正向推力，提高地球的公轉(zhuǎn)速度，因而使地球的軌道擴(kuò)大；發(fā)生在凌晨的火山噴發(fā)，能為地球的公轉(zhuǎn)產(chǎn)生逆向推力，降低地球的公轉(zhuǎn)速度，因而使地球的軌道縮小。因此，火山噴發(fā)引起地球軌道變化是導(dǎo)致全球氣候變化及冰期與間冰期交替的關(guān)鍵因素。

3.4 火星的形成與演進(jìn)

正如地球，火星也是在太陽還處于原恒星狀態(tài)時(shí)形成的衛(wèi)星，但它比水星、金星和地球形成得更早?；鹦且步?jīng)歷了如地球那樣的形成和演進(jìn)過程，形成了包括殼、幔、核在內(nèi)的不同層次。正是在星子撞擊或火山驅(qū)動(dòng)下漸漸地遠(yuǎn)離原恒星。由于火星的質(zhì)量比地球小得多，因此能更容易地將火星驅(qū)離原恒星，且火星從空間中吸收的水氣也比地球少得多，這使得火星成為了一個(gè)沙漠星球。但隨著火星質(zhì)量的累積，它會(huì)吸收越來越多的水氣而成為冰水星球，甚至成為木星大小的巨星。

由于火星像地球那樣，具有很多的冰或水，因此在陽光的照射下，火星能夠從西向東自轉(zhuǎn)。

3.5 木星、土星、天王星和海王星的形成與演進(jìn)

正如火星那樣，木星、土星、天王星和海王星也是在太陽還處于原恒星狀態(tài)時(shí)形成的衛(wèi)星，但它比水星、金星、地球和火星形成得更早。它們也經(jīng)歷了如火星那樣的形成和演進(jìn)過程，形成了不同的層次。正是在星子撞擊或火山驅(qū)動(dòng)下漸漸地遠(yuǎn)離原恒星，而且比火星離得更遠(yuǎn)。

當(dāng)木星被驅(qū)動(dòng)到當(dāng)前軌道附近時(shí)，它就變成了一個(gè)質(zhì)量比太陽系內(nèi)其他行星都大的行星，所以其軌道變化比行星慢得多。當(dāng)一個(gè)內(nèi)部軌道的較輕行星趕上木星時(shí)，就會(huì)發(fā)生猛烈的碰撞。這種碰撞會(huì)使較輕行星的部分碎片因公轉(zhuǎn)速度降低而縮回到更小的內(nèi)部軌道，成為小行星帶中的星子，而較輕行星的大部分碎片會(huì)被木星吸收，增加木星的質(zhì)量和公轉(zhuǎn)軌道速度，從而使木星的軌道擴(kuò)大。木星可能吸收了多個(gè)行星而成為一個(gè)巨大的行星。另外，木星是一個(gè)液態(tài)星球，具有很厚和很密的大氣層，陽光對(duì)木星的大氣層具有很大的影響。因此，木星不僅自西向東自轉(zhuǎn)而且轉(zhuǎn)得比較快。

由于土星赤道區(qū)域具有較大的半徑，因此具有較小的重力加速度和物質(zhì)密度，因而在赤道區(qū)域容易發(fā)生火山噴發(fā)，噴出的物質(zhì)容易獲得足夠的宇宙速度進(jìn)入環(huán)繞土星的軌道，形成環(huán)繞赤道的光環(huán)。這種光環(huán)多由冰顆粒、巖石碎屑和塵土組成。由于陽光對(duì)土星大氣層的影響，土星也是自西向東自轉(zhuǎn)。

由于天王星表面的溫度從49K （-224.15 ℃）到57K（-216.15 ℃），太陽無法從天王星的冰面上蒸發(fā)起水氣來，因此陽光無法影響天王星對(duì)流層的大氣密度。于是，天王星不像地球、火星和木星那樣受到陽光照射的影響，它不是自西向東自轉(zhuǎn)。相反，陽光只能使同溫層和增溫層的大氣密度變低，因而使天王星自東向西自轉(zhuǎn)。另外，由于天王星在當(dāng)前軌道的公轉(zhuǎn)速度較慢，天王星與前面提到的其他行星相比較，其通過火山噴發(fā)產(chǎn)生逆行星子的難度較小，因此可以噴出較多的逆行星子，這就是為什么天王星除了具有一些順行衛(wèi)星之外，還具有幾顆逆行衛(wèi)星的原因。

由于海王星在當(dāng)前軌道的公轉(zhuǎn)速度最慢，因此海王星通過火山噴發(fā)產(chǎn)生逆行星子的難度更小，這就是為什么海王星也具有一顆逆行衛(wèi)星。

由于這些類木行星比火星噴出了更多的殼幔層物質(zhì)來形成自己的衛(wèi)星，因此它們只剩下一個(gè)較小的巖石或金屬核。但由于它們的總質(zhì)量比火星要大得多，因此它們吸收了更多的氣體來形成氣體巨星。

3.6 小行星帶的形成與演進(jìn)

在小行星帶[9]形成之前，可能有些像火星大小的行星運(yùn)行在火星和木星之間的軌道上。在它們的變軌過程中，有些行星的軌道與另外的行星的軌道相交，導(dǎo)致巨大的碰撞。碰撞產(chǎn)生的部分碎屑因公轉(zhuǎn)軌道速度降低而進(jìn)入到木星與火星之間的軌道上。這些碎屑慢慢地凝聚成一些小行星，便形成了小行星帶。

4 彗星的形成與演進(jìn)

彗星是小行星帶外行星碰撞的結(jié)果，屬于太陽系內(nèi)的小天體。當(dāng)一個(gè)彗星從后面撞上前面的一個(gè)帶外行星時(shí)，該彗星的一部分因軌道速度大減而進(jìn)入到近日點(diǎn)距離大大縮小的內(nèi)部軌道，甚至進(jìn)入到太陽系內(nèi)部。該彗星殘余部分與太陽的接近使其冰表面融化和電離，形成慧發(fā)：由氣體和灰塵形成一條長長的尾巴，是人的肉眼可見的。當(dāng)一個(gè)彗星經(jīng)過地球傍邊時(shí)，由于地球巨大的質(zhì)量，能從彗星上吸收許多水氣，這就是所謂的彗尾掃過地球。

5 宇宙星系的結(jié)構(gòu)

根據(jù)上面所描述的太陽系的形成規(guī)律：一個(gè)原恒星能夠產(chǎn)生多個(gè)繞其旋轉(zhuǎn)的行星，而有些行星又能產(chǎn)生一些繞其運(yùn)行的衛(wèi)星。一個(gè)恒星可能有其母星；當(dāng)一個(gè)衛(wèi)星成長為行星時(shí)，它又能產(chǎn)生下一代衛(wèi)星。因此，我們可以斷言，一個(gè)星系的基本結(jié)構(gòu)是由多代星球構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)，如一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)。整個(gè)宇宙包含許多這樣的星系，猶如一個(gè)無邊的森林。

6 結(jié)論

由于現(xiàn)有的關(guān)于太陽系形成與演進(jìn)的假說有許多問題，該文作者提出了一種新的理論來解釋太陽系及所有其他星系的形成與演進(jìn)規(guī)律。由于作者發(fā)現(xiàn)了衛(wèi)星和行星的變軌機(jī)制，從而首次揭示了月球的形成和演進(jìn)規(guī)律。然后又根據(jù)月球的形成和演進(jìn)規(guī)律，進(jìn)一步揭示了太陽系的形成和演進(jìn)規(guī)律，并且科學(xué)地解釋了為什么環(huán)繞太陽的八大行星都是順行的行星，為什么八大行星的軌道幾乎位于同一個(gè)平面，而且該平面與赤道面的夾角很小， 為什么多數(shù)行星繞自身軸由西向東自轉(zhuǎn)。因此，它是一種更科學(xué)更自然的理論。

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