極簡太陽系史
原標題：極簡太陽系史
在進入極簡地球史之前
繼續來領略宇宙
此前已分享兩篇，如下
（點擊即可跳轉閱讀）
今天聚焦宇宙中的極小一部分
也是我們生活的地方
——太陽系
本文經微信公眾號「星球研究所」授權轉載
銀河系旋臂上一個不起眼的位置
前代恆星已經死去
只留下一團氣體和塵埃
沒有公轉、沒有自轉
沒有源源不斷的核聚變
一切都亂糟糟的
這團氣體和塵埃名為
太陽星雲
將是太陽的孕育之地
（本文理論主要為星雲假說，其它太陽系起源假說不做討論；下圖為一處類似太陽星雲的星際物質，由氣體和塵埃構成的圓柱體中正孕育著新的恆星，因此得名「創生之柱」；哈勃望遠鏡拍攝，圖片源自@NASA）
▼
突然
附近一顆恆星點燃了死亡的煙火
超新星爆發
炙熱的氣體從恆星四周噴薄而出
以每小時超過15萬公里的速度射向太空
（WR124恆星的爆發，哈勃望遠鏡拍攝，圖片源自@NASA）
▼
超新星巨大的衝擊波
引發了太陽星雲的收縮
氣體、塵埃間的距離越來越近
收縮開始無可避免地加速
星雲的中心最終凝聚成了一個緻密的天體
原恆星（太陽雛形）
混亂的星雲也一下子變得秩序井然
圍繞著原恆星形成一個圓盤
太陽系誕生了
時間正值
太陽紀元1年
（此處的年仍為地球公轉一周的時間單位；下圖為現在已知的一個原恆星，金牛T星，由智利阿塔卡馬陣列觀測到，圖片源自@NASA）
▼
圓盤中的塵埃顆粒也在逐漸聚集
形成許多直徑1到10公里的塊狀物
（行星形成過程示意圖，圖片源自@喬治亞大學）
▼
它們之間互相碰撞
又形成更大尺寸的微行星
在數萬年中
就像滾雪球一樣越滾越大
（行星形成過程示意圖，圖片源自@NASA）
▼
太陽紀元1000萬年
木星、土星、天王星和海王星
四顆類木行星（外行星）的胚胎形成了
它們的軌道距離太陽較遠、更加寒冷
水和甲烷等不易揮發，而以固態存在
類木行星得以捕捉到更多質量
其中最能「鬧騰」的木星
胚胎狀態的質量就達到了10個地球
1000年後又迅速「增肥」到了150個地球質量
大質量意味著更大的引力
馬太效應之下連氫和氦這些最輕的元素
也被它牢牢抓住
最終木星就像吹氣球一樣
將體積膨脹到相當於地球的1300多倍
相比之下
天王星、海王星就慘了
僅僅因為晚生了幾百萬年
「原料」中的大部分就被木星搶掠殆盡
它們的胚胎只能長到1倍地球質量
直到現在也比木星、土星小許多
所謂有人的地方就有江湖
看來太陽系也一樣
（下圖為現在的類木行星；從上至下依次為木星、土星、天王星、海王星，圖片源自@Lunar and Planetary Institute）
▼
與此同時
原恆星內部的巨大壓力
開始引發熱核聚變
太陽紀元5000萬年
原恆星的核聚變
進入綿延不絕的穩定狀態
我們將這個階段稱為
主序星
（直到今天太陽依然是正值壯年的主序星；下圖為2010年太陽動力學天文台拍攝到的太陽照片，圖片源自@NASA）
▼
與類木行星相比
類地行星（內行星）間的競爭更加激烈
當時太陽系內的行星胚胎多達50到100個
大小從今天的月球到火星不等
然而太陽系顯然沒有為它們留夠生存空間
碰撞、吞併、擠壓勢所難免
最著名的碰撞就發生在地球身上
太陽紀元6700萬年
一顆與火星差不多大小的行星
正面撞擊原始地球
（撞擊想像圖，圖片源自@NASA）
▼
撞擊相當慘烈
兩個行星瞬間粉碎
經過很長時間才又重新聚合
形成了今天的地球和月球
這也正是今天地球、月球上的岩石成分非常接近的原因
（今天的地月實際比例與距離關係圖；本圖細長，不用奇怪；圖中每個像素約等於500公里，圖片源自@Melikamp）
▼
太陽紀元1億年
慘烈的競爭終於進入尾聲
四個類地行星的胚胎全部發育完成
它們距離太陽更近
水和甲烷被太陽的熱量揮發、難以聚集
只有那些高熔點的物質
如鐵、鎳、鋁等構成了它們最初的「原料」
然而這些物質只佔太陽星雲質量的0.6%
所以它們都很難長得太大
（本圖為現在的類地行星；從上至下依次為水星、金星、地球、火星，圖片源自@Lunar and Planetary Institute）
▼
下面這張圖可以更清楚地
揭示了類地行星、類木行星之間的大小關係
（下方最小的四個為類地行星，包括地球，圖片源自@Lsmpascal）
▼
在激烈競爭中被「淘汰」的碎片
則在火星和木星之間形成了一個
小行星帶
擁有各種天體多達50萬顆
如果它們聚合起來
可以形成一個相當於2-3倍地球質量的天體
（小行星帶位置示意圖，其密度其實遠沒有圖中所示那麼高；圖片源自@Patrick Rowe）
▼
至此
太陽系的行星家族已經基本形成
不過這些家族成員的相處仍然不太融洽
一直在為位次排列吵吵鬧鬧
直至「大打出手」
太陽紀元5億年
木星和土星合作
兩顆行星的巨大引力將原本離太陽更近的海王星
流放到了天王星軌道之外
正式形成了今天我們所看到的太陽系位次格局
（請將手機橫屏觀看，圖片源自@NASA）
▼
外行星之間的「打鬧」
對包括地球在內的內行星也產生了重大影響
尤其是行星位置移動帶來的引力干擾
將大量的小行星送到內太陽系
觸發了一場持續數億年的
小行星大轟炸
今天月球上密密麻麻的隕坑就是明證
（月球背面照，由阿波羅16號拍攝，圖片源自@NASA）
▼
在小行星的大轟炸中
地球也未能倖免
但也許是機緣巧合
此時的地球上居然出現了一種全新的物質形式
生命
（有理論認為地球生命源自外太空）
它徹底改變了原始地球的粗陋樣貌
而顯得生機勃勃
這是一個值得銘記的偉大時刻
太陽紀元6億年
（2014年的地球靚照，圖片源自@NASA）
▼
生命誕生40億年後
太陽紀元46億年
也就是地球人類紀元的今天
太陽依然處於穩定、旺盛的主序星階段
各大行星按部就班、秩序井然
除了被人類佔領的地球
一切看起來都還不錯
（下圖為太陽系星體拼合照片，每個星球都由飛行器真實拍攝，包括旅行者號在內，圖片源自@NASA）
▼
不過變化也在緩慢進行
隨著太陽年齡的增大
它的燃燒將持續加快
大約每過11億年就會提亮10%
太陽紀元60億年
地球上的大洋大海
會被灼熱的太陽烤到完全乾涸
生命從此絕跡
不過此消彼長
火星的表面溫度也會逐漸升高
凍結在土壤下的水和二氧化碳被釋放出來
暖化這顆行星
直到成為生命的樂土
（哈勃望遠鏡拍攝於2003年的火星，圖片源自@NASA）
▼
更大尺度的事件也在悄然發生
太陽紀元70億年
本星系群中兩個最大的成員
銀河系和仙女座星系之間開始碰撞
整個過程將持續40億年
最終合併為一個橢圓星系
（銀河系和仙女座星系碰撞想像圖，圖片源自@NASA）
▼
太陽紀元84億年
如果太陽系沒有被這次星系合併摧毀
我們將在太陽系的行星上看到
你從未見過的震撼星空
（銀河系和仙女座星系合併中的星空想像圖，圖片源自@NASA/Yvette Smith）
▼
太陽紀元96億年
一直試圖擺脫地球控制的月球
現在距離地球更遠了
甚至可能一去不復返
而水星更是可能被老冤家金星的引力徹底趕出太陽系
（信使號探測器於2013年拍攝的水星，圖片源自@NASA/Yvette Smith）
▼
太陽紀元100億年
太陽核心裡的氫都已經聚變成氦
巨大的引力導致它先是急劇塌陷
然後又迅速反彈擴張
亮度將提升到現在的2700倍
半徑將擴大到現在的250倍
包括地球在內的內行星都將被它吞沒
太陽的主序星階段結束
紅巨星階段開始
與慘烈的超新星爆發相比
成為紅巨星已經是太陽系的福音了
至少木星等外行星還可以繼續存在一段時間
（哈勃望遠鏡拍攝到的紅巨星爆發，圖片源自@NASA）
▼
太陽紀元120億年
經過紅巨星的充分燃燒之後
太陽的一部分已經變成了星雲
裡面十分稀薄地分布著氣體和塵埃
核心則成為一顆
白矮星
一個非常緻密的天體
質量相當於最初的54%
體積卻只有地球大小
光度可以達到現在的100倍
（著名的天狼星聯星，是地球夜空中最亮的恆星，其中位於照片左下方一顆即為白矮星，哈勃望遠鏡拍攝，圖片源自@NASA）
▼
太陽紀元150億年
逐漸冷卻的白矮星越來越黯淡
直至完全停止閃耀
變成了一顆黑矮星
它原來施加於行星、彗星和小行星之上的引力
大部分都將消失
所有的太陽系天體一片黑暗
只剩下冰冷的外殼
太陽就此終結
行星就此終結
太陽系的一切就此終結
（黑矮星想像圖，圖片源自@NASA）
▼
不過太陽系殘留的那一團氣體和塵埃
已經在孕育新的「太陽」
這該死的輪迴
怎麼又來了
（注意圖片中星雲的形狀，該星雲綽號「上帝的中指」，哈勃望遠鏡拍攝，圖片源自@NASA）
▼
是啊，輪迴！
地球的歷史何嘗不也是輪迴呢？
想更多領略地球、中國和世界歷史
或者在公眾號回復「歷史」
TAG:坐井觀天 |