地球的起源和演化

天象是大自然中最富於神秘性的審美對象,那一輪紅日,在人們心目中享有至高無上的地位。那時圓時缺的月亮,還有那銀河和滿天星鬥,引發了多少美麗的神話,如誇父逐日、後羿射日、嫦娥奔月,還有牛郎織女的故事。天文上最大的概念是宇宙,宇是指無邊無際的空間,宙是指無始無終的時間。宇宙之大,大得使人們難以想象。我們用雙眼看星空可觀測到6000多顆恒星,若是用小型望遠鏡能看到恒星5萬餘顆,用現代最大的天文望遠鏡能觀測到100億顆以上,天文科學家估計銀河係最少有恒星1500億顆,而宇宙之中有無數個這樣的銀河係,太陽僅僅是銀河係內億萬顆恒星中的一個。

無論東方還是西方,關於宇宙的形成自古就有許多傳說。我國有“盤古開天地”的神話故事,說宇宙原是一個像雞蛋的黑暗混沌氣團,盤古就孕育其中。過了18000年,盤古醒來,眼前一片漆黑,於是揮動板斧劈開像雞蛋的混沌氣團,輕而清的東西上升變成了天,重而濁的東西就變成了大地,從此有了天地之分。古希臘神話說,宇宙初始在一片混沌之中,最初出現了蓋婭(大地)女神和烏拉諾斯(天空)男神,他們生下的孩子們具有超人力量,並長有1000隻手,由於這些巨人的支撐,宇宙才不至於回複到混沌之中。

地球究竟是怎樣形成的?為了探索這一奧秘,早在遠古時期,人們就做過許多嚐試。某些古代的神話把初生的地球描繪為一個溫熱的液體。1644年法國的哲學家笛卡兒把最早的地球看成一團宛如太陽的熾熱體。中國先秦時就有天地生於氣,“清陽為天,濁陰為地”的說法。對地球起源問題進行係統的科學探討,是從18世紀中葉才開始的。因為地球是太陽係的成員之一,所以地球的起源和太陽係的起源基本上是同一個問題。

自1775年德國哲學家康德第一個提出太陽係起源的星雲說以來,太陽係起源的學說已有40多種,但其中還沒有一種學說是比較完整和普遍被接受的。太陽係起源的各種學說可分為災變說、俘獲說、星雲說三大類。

災變說

亦稱分出說。該學說認為太陽係主要成員的構成物質,是宇宙中某種偶然的巨變事件突發的結果。這種巨變可能是太陽自身的爆發,也可能是走近太陽的恒星或碰撞太陽的恒星所造成的。

1745年,法國動物學家布豐首次提出災變說,他認為曾有一個巨大的彗星碰撞固態太陽的邊緣,這就造成了太陽的自轉,並碰撞出大量物質,冷卻下來形成行星。1900年,美國地質學家張伯倫提出,有一個恒星行進到距太陽幾百萬千米的位置時,於是在太陽的正、反麵就掀起了兩股巨大的潮,並拋出物質聚合成行星。1916年,英國天文學家金斯假定,有另一個恒星從太陽旁邊掠過,於是在太陽的表麵就產生了潮汐隆起,而正麵的隆起物逐漸從太陽脫離引出了一條帶狀物質,然後這個帶分裂成若幹塊,以後各自聚合成了行星。此後,還有雙星說、超新星說等災變學說。

災變說的偶然性因素是其最致命的弱點,它不能解釋太陽係角動量的特殊分布等問題,該學說已基本被否定。(角動量或稱動量矩是轉動的一種量度,它等於角速度和轉動慣量的乘積,或大致等於質量、速度和軌道半徑的乘積。在宇宙中,太陽的質量是太陽係各行星質量總和的750倍,但它的角動量卻占該係統的2%;與此相反,行星的質量雖小,但角動量卻很大。究竟是什麼作用導致這一轉動係統,使太陽的轉動顯得太慢,而行星則轉動顯得太快,這一直是太陽係起源假說的一個最大難題。)

俘獲說

該學說認為組成行星和衛星的物質是太陽形成以後,從太陽鄰近區域的恒星星際空間捕獲到的。

1944年,前蘇聯學者施米特認為,太陽在宇宙運行中穿越了某個星際雲,捕獲了大約相當於太陽質量3%的星際物質,然後這些物質才逐漸演變成行星和衛星。愛爾蘭學者埃奇沃思、英國學者彭德雷、印度學者米拉特等也提出了類似的俘獲假說。

俘獲說提出的一個主要出發點,是為了說明太陽係角動量的異常分布。但經過計算,俘獲的概率極其微小,且仍無法解釋不變平麵等其他一些問題,故該學說也已被擱置。