第1章 太阳系起源和演化
太阳系是由太阳、八大行星、众多的卫星、大量的小行星和彗星以及行星际物质组成的天体系统。它的起源和演化的内涵涉及太阳系在何时，由何种原因形成，由何物质构成，经历何种方式和何种演化过程，如何导致现有各个成员天体的各自特征及成员天体之间的差异。此外，还包括阐述具有特殊意义的地球的起源和演化。
20世纪50年代，恒星的起源和演化学说取得了辉煌的成就和进展。天文学家对太阳的诞生和演化史有了较为明确的认识和了解，开始实质性地推动太阳系的起源和演化的探索。到80年代，利用红外天文方法发现了一批具有盘状星际气体尘埃云的恒星，显示可能是正在形成中的行星系。这时天文学家才初步摆脱太阳系是研究其起源和演化的唯一样本的极度困难局面，开始有了可追溯起源和演化早期阶段的参照物。1992年，由于成功地借助最新的分光技术，提高了检测恒星视向运动速度的精度，能够确切地发现太阳系外的行星，到21世纪初已发现系外行星超过100个。随着观测能力的提高和观测技术的进步，对系外行星的观测获得了大量的成果，尤其是随着开普勒空间任务的成功实施，利用凌星法观测到众多包括类地行星和超级地球在内的等多行星系统。截至2022年，天文学家已经探测到了超过3833个行星系统中的5197多颗系外行星，为研究太阳系的起源演化提供了大量的样本，为科学地勾画太阳系的过去和未来的图像开创了新的前景。
研究简史
1644年，法国科学家R.笛卡尔提出太阳、行星和卫星在太初混沌中诞生的“涡流说”。百年之后，法国天文学家G.-L.L.de布丰于1745年阐述太阳因受到彗星撞击而形成的“灾变说”。这两个假说虽然科学价值不大，但有启蒙作用，开启了后世的科学探索太阳起源和演化的新历程。1755年德国科学家1.康德和1796年法国数学家和天文学家P-S.拉普拉斯各自独立地提出太阳系起源的“星云说”。这两个假说虽然枝节上有所不同，但最主要的内涵均认为太阳和太阳系天体都起源于同一个原始星云。随后的百年间，“星云说”广为流传，影响极大，为近代的太阳系起源和演化研究奠定了基础。随着天文学的进展，开始认识到“星云说”的致命缺陷是无法解释太阳系天体之间的角动量分布特征，即占太阳系总质量的99.8%以上的太阳的角动量却不到太阳系总角动量的1%，而不到总质量0.2%的太阳系其他天体却拥有总角动量的99%。这样19世纪末到20世纪上半叶，先后出现了T.C.张伯伦的“星子说”、F.R.摩耳顿的“微星说”、C.F.von魏茨泽克的“旋涡说”、G.P.柯伊伯的“原行星说”、O.Yu.施密特的“陨星说”、H.阿尔文的“电磁说”。其中“星子说”“微星说”“潮汐说”和“撞击说”都认为太阳系起源于灾变事件。前三者论述的是某个恒星在原始太阳附近掠过，在起潮力作用下将太阳物质拉出，或是先形成星子而后演变成行星，或是先形成微星再聚合为行星，或是物质团块凝缩成行星。后者则是恒星与太阳撞击，击出的太阳物质形成行星。恒星天文和银河系天文的进展表明，恒星世界中的碰撞天象发生的概率极小，太阳系的起源不应建立在极其罕见的事件上。随后，“旋涡说”“原行星说”“陨星说”“电磁说”等学说又都回归到“星云说”的范畴。“旋涡说”认为原始太阳周围的气体尘埃云团转动而变成盘状结构，盘内的湍流形成几条同心旋涡，最终演化成行星；“原行星说”表明星云盘因引力不稳定性而解体为原行星，最后分别演化为类地行星和类木行星；“陨星说”认为太阳系天体原是太阳在银河系内运行进程中俘获的星际物质，其后再又演化为行星；“电磁说”则认为原始太阳星云中含有大量高度电离的气体，原始太阳在形成之初即具有磁场，星云盘中的中性星际物质聚合为原行星，在星云内的磁耦合机制作用下，出现今日太阳系角动量的特殊分布和行星自转的周期规律。
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