行星诞生

太阳和它的行星家族——太阳系诞生于大约45亿年前，这时宇宙已经有90多亿年的历史了。地球作为太阳系的一分子，几乎恰好是宇宙年龄的1/3。大体而言，在我们的星系中每年有10～20颗新恒星诞生，还有同样数量的恒星死亡。在90多亿年里，大约有100亿倍太阳质量那么多的物质在恒星内部燃烧，然后又被抛向宇宙中再循环，因此星际间的气体云中含有更多的重元素，而新诞生的恒星中的重元素也便更多了。但是在每个恒星或每代恒星内部只有很小一部分氢元素和氦元素被加工过。尽管在太阳诞生前的90多亿年里，有好几代恒星形成，并经历了生命周期，又将加工过的物质抛回宇宙空间来丰富星际云中的元素，但当太阳形成之时它也只包含一点点比氦元素重的元素。

太阳系的质量揭示了这些宇宙起源的奥秘。根据一系列天文证据，整个太阳系，包括太阳和各个行星在内的天体，它们全部质量的70.1%是氢元素，27.9%是氦元素，0.9%是氧元素，只留下1.1%的份额给余下的重元素。由于其他元素的比例太少，用原子数量比用质量更容易给它们排序。拿前十名（除了氢元素和氦元素）来说，每70个氧原子就有40个碳原子、9个氮原子、5个硅原子、4个镁原子和氖原子、3个铁原子，还有2个硫原子。其他元素就更少了，在太阳系中每出现1000万个硫原子才会有3个金原子。在地球上，黄金也是稀有的，所以价格昂贵。但除了氢元素，所有我们认为很平常的元素其实都是很稀有的，这些元素仅仅对于人类来说是平常的，因为我们居住在一个岩石材质的球体上，而太阳系中的这些元素刚好都集中到了这里。当形成太阳系的气体云和尘埃云塌缩的时候，大部分氢元素和氦元素聚集到中心，形成了太阳，而一些较重的元素则留在外面，在一个形似圆盘的轨道内绕着年轻的太阳旋转，就是在这个“圆盘”里，一些尘埃粒子黏在一起，形成了地球。

演化成太阳系的云团不可能只形成一颗没有行星相伴的单星（Single Star），因为它在旋转。当一个自转的物体收缩时，它会转得更快。你大概见过这种现象，花样滑冰运动员把手收回来时会转得更快，你自己在滑冰时尝试自转，手也会自然地向外甩。对一个塌缩的星际气体云来说，这个效应实际抵消了向内的引力，当与原恒星的距离超过某一个临界点后，那些继续塌缩的物质会被压成一个盘，绕着年轻的恒星旋转。太阳也在自转，周期为27天。而且正如你所料，所有行星和太阳系形成时留下的碎片也在沿着同样的方向绕着太阳旋转。

在绕着年轻太阳的盘状物质里，演化出了几种不同的物体。尽管我们对其中的地球特别感兴趣，但是把它当作太阳系组成的一分子来正常看待是值得的。有4颗岩石行星离太阳很近，它们从内到外依次是水星、金星、地球和火星。然后是一片聚集了宇宙瓦砾的区域，都是行星形成时留下的碎片，被称为小行星，它们所在的区域就被称为小行星带。小行星带的外面是4颗大型的气体行星——木星、土星、天王星和海王星。其中最大的木星，质量是地球的317倍，但其内部大部分都是氢元素和氦元素。显然，“气体巨人们”的形成方式和地球不一样，但这里我们并不需要做太多关心。在气体行星外面是另一个碎片带，含有一些大型的冰块，这里被称为柯伊伯带（Kuiper Belt，曾经的第九大行星冥王星）。在更远的宇宙深处，在到最近恒星一半的距离上，整个太阳系被球状云团包围，里面是一些冰状物体，直径一般为几十千米，我们称之为彗星。有时，一个或几个大冰团会受到干扰，比如临近恒星的引力使它们飞向太阳，变成一团光球从太阳系内部掠过，然后又呼啸着飞回太空。但是相比于现在，我们更关心在45亿年前，太阳这颗年轻的恒星在向它周围的盘状物质辐射能量时发生了什么。