太阳系中为什么会有同向性 共面性 和近圆形?

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支持者: stellyao

百度查到的——
天文学界对此得到广泛接受的解释是,太阳系是由同一个星云形成的,在收缩过程中形成一个围绕太阳的物质盘,它由尘埃、碎石和气体等构成。
之后,在盘中形成各大行星,所以太阳系中的一切,包括太阳的自转、行星的公转、几乎全部行星的自转,都是这个方向,而且公转轨道几乎都是共面。
这是一种安全的宇宙环境。
而安全的熵要高于危险的熵,所以星系都会朝着这种模式发展。
我自己想的——
任何物质都有N极和S极,天体相互吸引排斥的结果,就一定是围绕N极和S极的中间位置运动,太近了就合并了,远了就飞走了,经过亿万年的运动,就成了现在这个样子。

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太阳系行星运动同向性、共面性和近圆性剖析
作者:王树然

太阳系几大行星的起源,是人类一直力图破解的谜团,尽管有星云说、撞击说等多种假设,但都存在一定瑕疵。特别是太阳系几大行星的同向性、共面性和近圆性,至今科学界还没有令人信服的合理解释。

所谓同向性,就是太阳系的几大行星公转方向与太阳自转方向相同。所谓共面性,就是几大行星公转轨道平面,非常接近同一平面,并且这个平面与太阳自转赤道平面夹角不到6度。所谓近圆性,就是除水星和冥王星外,其它所有行星公转轨道都很接近圆形。

对此,本人以一名中国人的全新视角,进行大胆探究,剖析不对之处,敬请专家学者斧正。

我认为:行星大量存在是宇宙中的普遍规律,并不是太阳或少数恒星特有的现象。人类目前发现的行星数量远远少于恒星,是由于行星相对较小,又不发光,很难被现有科学仪器探知而已。目前,人类连太阳系内的较大行星,只是探知了冥王星轨道以内,对冥王星轨道以外是否存在较大行星?并不清楚。其实,任何一个恒星周围都存在许多行星,现有科技能够发现的系外行星,仅仅是沧海一粟。

为什么说行星大量存在是宇宙中的普遍规律?首先必须搞清行星是怎么形成的?否则,无法解释已知行星的存在,到底是偶然还是必然?更无法解释太阳系几大行星的同向性、共面性和近圆性问题。

我们知道,所有恒星都向外辐射带电高能粒子流(即离子流、也称“恒星风”、对太阳来说俗称“太阳风”),这些粒子以百万度高温,从恒星冕层出发,不断加速降温地向外辐射,平均速度超过每秒上千公里。最终,这些粒子都到哪儿去了?由于组成这些粒子的是离子态物质,根据物质不灭定律,这些粒子不会消失。那又会不会归附到另外的恒星?也不可能。因为所有恒星都在向外辐射带电高能粒子流,且带有相同电荷,在恒星系边缘相遇时,必然互相排斥。因此,所有粒子都逃不脱母体恒星的引力范围。

大量接锺而至的高能粒子,在恒星系边缘聚集和碰撞,像滚雪球一样越滚越大,在恒星引力作用下,向着恒星螺旋式下降回归,沿途不断俘获其它小型天体物质,逐渐聚合成一个个大小不一的行星。最终,这些行星都将依次落回到母体恒星中,完成一轮长达几十亿年的物质循环过程。类似于地球上的水循环,地表(包括海洋)水上升到天空,冷凝成雨水、雪花或冰雹后,又回落到地表,行星很像是恒星天空中回落的“冰雹”。尽管高能粒子的密度很低,但对于体积巨大的恒星,经过数亿年的辐射,才汇聚成一颗相对很小的行星,应该无可置疑。就像倾盆而泻的暴雨,却是来自无形挥发的地表水;若将数亿年挥发的地表水汇集到一起,总量同样十分惊人。

恒星向外辐射的高能粒子流,从恒星冕层出发时温度高(百万度)、势能低(接近零),到达恒星边缘时温度低(接近绝对零度)、势能高(最大值)。根据能量守恒定律,行星回归过程正好相反,势能由高变低、温度由低升高(不可能恢复到百万度高温)。由于高能粒子流向外辐射时,物质分散,大部分热能散发到太空,仅有少量热能转变为势能(如果势能的增加不是来源于热能的减少,难道是能量的无中生有?);而行星回落时,物质集中,热能不易散发,势能转变为行星的内部热能(如果势能的降低不是转变为内部热能,难道是能量的无行消失?)。由于引力与距离的平方成反比,行星越靠近恒星,下降同等距离势能降幅越大,升温也就越快。特别是接近恒星的内层行星,成为一个内核逐渐升温、融核逐渐膨胀,外壳逐渐融薄,壳体不断破裂的“活体”星球。我们人类居住的地球,就是这样一个内部能量非常活跃的星球。

以上只是行星形成的探源,但太阳系的几大行星为什么会具有同向性、共面性和近圆性呢?

我们知道,太阳的高能粒子流是向四面八方辐射的,似乎到达太阳系边缘时应该是球面分布。但事实并非如此,由于这些高能粒子从太阳日冕层出发时,就已经具备随太阳自转的旋转动能。如果以太阳为坐标,其运行轨迹并不是太阳半径的延伸,而是在旋转离心力的作用下,所有高能粒子都会逐渐向太阳赤道平面靠拢,最终在太阳系边缘的赤道平面形成一个巨大的环状粒子雾。这时的高能粒子,虽然径向速度为零,但与太阳自转同向的旋转状态依然保持。可见,这些组成行星的初始物质,既具有与太阳旋转方向的同向性,又具有与太阳赤道平面的共面性,当然太阳系的几大行星也具有同向性和共面性了。正因为汇聚到太阳系边缘的粒子雾,是相对集中的圆环状,而不是非常分散的球面状,故为行星的孕育提供了十分有利的条件。

行星从太阳系边缘螺旋式降落回归的过程,初始呈抛物线轨道,接着是偏心率很大的椭圆轨道,后来演变成偏心率逐渐收小的椭圆道,进入冥王星轨道内,就变成了偏心率非常小的近圆轨道。至于水星轨道偏心率,为何大于另外几大行星?由于水星轨道靠太阳太近,太阳内部气态物质的循环对流、黑子大暴发、日冕大喷发等,不仅会引发太阳的瞬间颤动或质心微移,而且喷发物质也会对靠近行星产生较大冲击,这对水星轨道偏心率造成的影响,必然远远大于其它行星。

随着行星向太阳的逐步靠近,其旋转速度加快,公转周期缩短,下降速度变慢。事实也是如此,太阳系中水星离太阳最近、旋转速度最快、公转周期最短、星龄最长;海王星离太阳最远、旋转速度最慢、公转周期最长、星龄最短;另外六大行星,都是依此规律类推。这也从多角度证明,行星应该是诞生在太阳系的边缘。

那么太阳系的边缘究竟有多远?尽管太阳系总质量的99.85%集中在太阳自身,但太阳系的范围却非常大。我们知道离太阳最近的恒星是相距4.2光年的南门二丙星,据此估算,到太阳系边缘的距离大约是2光年左右。如果按太阳高能粒子流每秒1000公里速度计算,则需要600年才能到达。看来,上述巨大环状粒子雾的半径,也应该是2光年左右。目前已知冥王星到太阳的距离,光速需要5.5小时。直观比较,到太阳系边缘比到冥王星距离远3185倍。可见,目前已知的太阳系几大行星,都是离太阳非常近的行星。那些远远超过冥王星距离的大行星,还有待人类去探索。

目前几大行星运行轨道平面,与太阳的自转赤道平面有不到6度的夹角,则表明大约在80亿年(近似水星年龄)前到10亿年(近似海王星年龄)前之间,太阳的自转赤道平面曾经有过多次微小变动。尽管其改变的角度很小,但对于相距2光年之遥的巨大环状粒子雾来说,不同周期的位置之差,即使用“差之毫厘,失之千里”也难以形容了。可以说,每个大行星轨道平面,都曾经是太阳的自转赤道平面;也可以说,太阳的自转赤道平面每次改变,都在太空中留下了印痕。

太阳系几大行星的体积和质量,为何相差如此巨大?只能表明在不同周期,太阳的亮度和辐射强度存在巨大差异。根据太阳系现有几大行星的质量和体积大小,明显看出,当组成木星的物质向外辐射前,太阳的亮度和辐射强度变化不大;到组成木星的物质向外辐射时(约22亿年前),太阳的亮度和辐射强度突然暴发,变得非常强烈(约增强320倍),以后逐渐缓慢减弱。以此推测,太阳系的第九大行星不可能是冥王星,应该是体积和质量仅次于海王星的较大行星。该行星具有比冥王星偏心率更大的椭圆轨道,公转周期大约350年左右。由于其运行的椭圆轨道更加扁而长,其近日点距离不低于冥王星,而远日点距离可能是冥王星的数倍。冥王星只是一个迟早将被其俘获的卫星而已,故将冥王星踢出九大行星之列,是非常正确的。

综上所述,尽管行星在宇宙中大量存在具有必然性,但并不是所有行星都能够承载生命繁衍,这与行星的大小,以及运行轨道离恒星的距离远近相关。行星太大,重力也大,不适合生命繁衍;行星太小,留不住大气,同样无法繁衍生命。运行轨道离恒星太远,表面温度低,缺乏液态水,生命无法繁衍;运行轨道离恒星太近,表面温度高,液态水全部蒸发,生命依然不能繁衍。只有大小适中的行星,当其运行轨道离恒星距离合适的条件下,才有可能繁衍出生命。

虽然能够繁衍出生命的行星,条件十分苛刻,数量极少;而能够繁衍出高级智慧生命的行星,又是数量极少中的特例。为什么这样说?因为智慧生命的演化需要相当长的周期和很多偶然因素的配合。通常情况下,适合行星生命繁衍的轨道周期并不太长,即使能够繁衍出低级生命,也未必来得及繁衍出高级生命。由于恒星温度并非始终如一的保持不变,只有当恒星温度由高向低变化时,才能为行星提供更长的生命演化轨道周期。反之,当恒星温度由低向高变化时,为行星生命繁衍提供的轨道周期就非常短,甚至连低级生命也来不及演化。

真正幸运是,承载人类的地球成为数量极少中的特例。感谢太阳能量的缓慢衰减,为地球生命的演化提供了很长的轨道周期!也感谢有了月球这样的伴星,对地球生命的演化起到了一定的促进作用!所以,我们要珍惜生命繁衍环境,关爱地球,保护好地球这个人类的共同家园!


(注:该文是对现有科技知识的综合归纳,全为推理,无法实际验证;引用数据全部来自网络搜索和个人推算,欢迎讨论或批判。)


写于2014年3月5日

[附件:]


该文在网络发表后,受到了部分网友和专业人士的质疑:一是太阳风的高能粒子速度高达每秒几百甚至上千公里,远远超过太阳引力的逃逸速度(第三宇宙速度每秒16.7 公里),完全能够轻易地穿出太阳系,进入宇宙深空。二是行星都是按各自轨道运行的,真的会沿着螺旋式下降轨道运行,最终落到太阳上吗?三是该文假设的巨大环状粒子雾,半径为什么约2光年,太阳周围恒星离太阳的距离并不都是4.2光年。

上述质疑(特别是前两点质疑)正是该文论点的支撑基础,否则,该文的所有推论都不能成立。

我们知道,太阳风的运行速度虽然很快,地球上空电离层的排斥作用,就能阻挡高能粒子流不能到达地表。当然地球电离层的气体密度,远远高出太空物质密度好多个数量级,两者不可同比。不过地球上空的电离层虽然相对密度高,却相对厚度非常薄,即使按1000公里厚度计算,以太阳风的速度大约1到2秒就可以穿越。而太阳风的高能粒子流到达太阳系边缘,与相邻恒星风的高能粒子流相遇时,因两者的速度、质量、密度和排斥力基本相同,必然会减速渐停。由于双方混合后的密度,仍然低于地球电离层好多个数量级,其初始相遇时的减速缓停距离会相当长,也许耗时长达数小时、数日、数月甚至数年。随着时间的推移,其累积效应,会使交会处的高能粒子密度越来越高,最终其密度和厚度,必然远远超过地球的电离层,不仅让后续到来的高能粒子无法穿越,而且也对相邻恒星的高能粒子形成更大的排斥力。

根据该文分析,到达太阳系边缘的高能粒子,已经汇聚到太阳的赤道平面向外辐射。当然,只有朝向最近恒星南门二丙星的高能粒子流,其交会距离约2光年,其它方向肯定超过2光年。从理论上分析,初始状态下,太阳赤道平面不同方向的相邻恒星之间,都会形成半径不同的巨大环状粒子雾。但由于在约2光年距离形成的巨大环状粒子雾,处于半径最短的内圈,依据累积效应,当其密度越来越高后,就会阻挡太阳风的前进,使得外圈的巨大环状粒子雾无法形成。由于组成巨大环状粒子雾的高能粒子,仍然保持围绕太阳旋转的状态,其受太阳引力的作用仍然最大,不会再有逃脱太阳引力的能量和机会。

所以,我们考虑问题需要综合全面,不能认为太阳风远远超越逃逸速度,就简单地以为太阳风肯定会穿出太阳系,进入宇宙深空。

至于行星运行为什么会是螺旋式下降轨道?我们知道,目前的人造卫星就是螺旋式下降轨道运行,是由于人造卫星的运行高度,受到地球高层大气的阻力较大。而行星与人造卫星相比,虽然太空的物质密度要远远低了好多个数量级,但太空并不是绝对真空!所有行星都是在太阳风的裹挟下运行的,由于太阳风的高能粒子密度非常低,其对行星运行的阻力非常微弱,短期效应可以忽略不计,但长达数亿年、数十亿年的累积效应,会使行星的轨道逐渐降低,直到落入太阳中消亡。

所有行星(包括地球)都将会落入恒星(太阳)中消亡,这是行星有诞生必然有消亡的客观事实,也是恒星(太阳)系物质循环的规律,尽管人们从心理上难以接受,但这是数十亿年以后的事,根本不会影响到人类的生存和发展。

对于太阳系的边缘存在孕育行星的巨大环状高能粒子雾,这样的推论确实很难获得天文观察的实证支持。

因为目前天文观察中,所能观察到的星际云团,都是一些体积和质量大、密度高、温度也很高的巨型气团,该星际云团基本上是正在孕育恒星或星系的气团。而在恒星周围孕育行星的环状高能粒子雾,与上述云团相比,不仅体积、质量和密度小得多,而且温度接近绝对零度。

当前,人类连冥王星以外的大行星都很难发现,何况远离地球近2光年的环状高能粒子雾这样的暗物质,凭现有(即使将来)的科学仪器,也很难得到观察实证的支持,只能依靠缜密的推理。

我认为,任何真理都要符合人类的直观理性思维,我们中国人要树立自己的宇宙认识观,没有必要跟在别人后面人云亦云。

(感谢网友和专业人士的质疑和批评,促进我进行更深入的思考,欢迎继续共同探讨。)


写于2014年3月12日


[附件2]

有人以天文观测太阳和系内所有行星年龄相同,来否定本文论点。现作统一答复:

目前,科学界对太阳和所有行星的年龄有多种解释,既有相同,又有不同两种说法。依据都是来自天文观察,是利用铀元素的半衰期长达45亿年,通过检测铀元素中的铅含量来分析年龄。地球物质能够直接取样,地外星球不可能取样,只能通过光谱间接分析。虽然太阳发光,但光谱中主要成份是来自表面日冕层,未必与内核成份相同;而行星不发光,天文观察中的光谱全是来自反射,这样的检测结果有多少可靠性?

我认为行星年龄应该有所差异,否则,地球上不同岩石年龄为什么会不一样?目前,人们公认的地球年龄,就是依据最古老岩石的检测年龄。其实地球上不同的岩石年龄,仅代表物质年龄,不能代表组成地球的物质聚合到一起的年龄。即使所有行星构成的物质年龄与太阳相同,也未必表明行星与太阳是同一时间形成的。就像婴儿身体构成的物质年龄与母体相同,能等同于出生年龄也相同吗?其实,组成人体的物质年龄都远远大于出生年龄。如果太阳和系内所有行星年龄相同,那地球上很多不同年龄的岩石,只能是分别来自于太阳系以外,这可能吗?可见,这种以物质年龄来取代星球形成年龄的做法,从理论上就说不通,还哪来的可信度?

其实,只要承认行星是沿着螺旋式下降轨道运行的,就能推断出行星形成于太阳系的外层空间,必然可以断定行星的年龄应该有差异;否则,所有行星就会集中在同一个螺旋式下降轨道回落。所以,我们中国人对西方科学权威的理论,要用理性的思维来辨别真伪,不能盲目地迷信。

尽管我对目前的星龄解释都不相信,但文章中也只能引用网上数据。如果以星龄相同为依据,不仅我自己不相信,而且文章也写不下去。文章论点可以自行推理,引用数据总不能自编吧?即使也对引用数据有所怀疑,但那总归不是我的错,请大家理解并谅解!

说实话,我认为太阳系行星的年龄差距,从内到外大约为2.5到2.6亿年左右(太阳公转周期)。不过,木星与火星的年龄差距特殊(约5亿年左右),因为中间有一颗被木星巨大引力撕裂的行星(即现在的小行星带)。但这只是自己的猜测,没有依据,不能写入文章中。

(感谢网友和专业人士的指导和帮助!欢迎继续共同探讨!)


写于2014年3月24日

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