诞生

地球是怎样诞生的？

地球起源

地球的起源探索地球的起源自古以来就是人们关心的问题。

在远古时代，人们就已经讨论过包括地球在内的天体万物的形

成，各种关于创世的神话广为流传。自1543年波兰天文学家

哥白尼提出日心说以来，天体演化的讨论开始进入科学范畴，

并逐渐形成星云学说、相遇学说等理论。但事实上，任何关于

地球起源的假说都有待证明。地球形成于数十亿年前，最初的

痕迹在地面上很难找到，后期的历史面貌也极不完整。从地球

表面一步一步推断出它原来的情况是极其困难的。任何关于地

球起源的假说都包含有待证明的假说。正因为如此，不同的假

说往往差别很大。200多年来，人们提出了几十种关于地球起

源的假说。在人造卫星时代，直接探测的领域已经扩展到行星

际空间。对这一问题的探索也进入了一个新的活跃阶段。

星球起源

1、太阳星云和星云盘

大约50亿年前，银河系中有一个太阳星云。它是如何形成

的尚无定论，但对于地球起源的研究，我们不妨以它为起点。

太阳星云是一团尘、气的混合物，形成时就有自转。在它

的引力收缩中，温度和密度都逐渐增加，尤其在自转轴附近更

是如此。于是在星云的中心部分便形成了原始的太阳。其余的

残留部分围绕着太阳形成一个包层。由于自转，这个包层沿着

太阳赤道方向渐渐扩展，形成一个星云盘。星云盘形成的具体

物理过程至今还不很清楚，不过一个中心天体外边围绕着一个

盘状物，这种形态在不同尺度的天文观测中都是存在的，例如

星系NGC4594，恒星MWC349和土星。

星云盘的物质不是太阳抛出来的，而是由原来的太阳星云

残留下来的。因为行星上氢的两个同位素2H和1H的比值约

为2×10-5，同在星际空间的一样;但在太阳光球里，这个比

值小于3×10-7。这是因为在太阳内部发生着热核反应，2H大

部分消耗掉了。星云盘是行星的物质来源，所以行星不是由太

阳分出来的。太阳星云原含有不易挥发物质的颗粒，它们互相

碰撞。如果相对速度不大，化学力和电磁力可以使它们附着在

一起成为较大的颗粒，叫做星子，星子最大可达到几厘米。在

引力、离心力和摩擦力(可能还有电磁力)的作用下，星子如尘

埃物质将向星云盘的中间平面沉降，在那里形成一个较薄、较

密的尘层。因为颗粒的来源不同，尘层的化学成分是不均匀

的，但有一个总的趋势：随着与太阳的距离增加，高温凝结物

与低温凝结物的比值减小。尘层形成后，除在太阳附近外，温

度是不高的。

太阳带有磁场，辐射着等离子体(见太阳风)和红外线，不

断地造成大量的物质和角动量的流失。有些天文学家认为在太

阳的发展过程中，曾经历一个所谓“金牛座T”阶段。这个阶

段的特征是：高度变化快，自转速度快，磁场和太阳风特别强

烈等等。不过这个阶段的存在是有争议的。另一方面，由于磁

场(或湍流)的作用，太阳的角动量也有一部分转移给尘层，使

它向外扩张。在扩张的过程中，不易挥发和较重的物质就落在

后面。这就使尘层的成分在不同的太阳距离(即不同的温度区

域)处，大有不同，而反映在以后形成的行星的物质成分上。

2、行星

尘层是一个不稳定的系统。在太阳的引力作用下，很快瓦

解成许多小块的尘、气团。按照萨夫龙诺夫

(В.С.Сафронов，1972)的理论，这些尘、气团由于

自引力收缩，又积聚成小行星大小的第二代星子。由星云盘产

生尘层所需的时间比较短，但形成小行星大小的星子则约需

104年。图表示太阳星云的演化过程。

恒星绕太阳运行时经常发生碰撞。当它们碰撞时，有的被

打碎，有的被结合并增加。当一颗星子长到半径几百公里时，

其引力足以干扰附近星子的轨道，使其变形倾斜。于是原本扁

平的跑步系统变粗了。同时，星子越大，引力增加越快。空间

区域中最大的星子可以很容易地吞并附近较小的星子，并积累

到行星的核心。最后某个区域的尘埃颗粒和星子基本被扫光，

形成行星。在尘埃层中，只有少数星子能长成行星，其余的都

被吞噬了。太阳系还是平的。这是很多星子和尘埃物质堆积的

平均结果。3.陨石地球上的另一个重要线索是陨石。陨石是来

自地外空间的天体碎片，与地球同龄，可能与地球同源。陨石

有很多种，最常见的一种叫做球粒陨石。其化学成分除挥发性

元素外，与太阳光球层或地球的估算成分非常接近，但也有几

种元素，与球粒陨石相比，在地球上较为稀缺。正是通过这种

差异和与其他内行星的比较，地球化学家对地球的形成机制和

演化做出了重要贡献。

4、星云盘成分

包括3类物质：氢和氦约占总质量的98%;冰质物，主要

是O、C、N、Cl、S的氢化物和Ne、Ar，约占1.5%;石质物，

主要是Na、Mg、Al、Si、Ca、Fe、Ni的氧化物和金属，约占

0.5%。随着星云盘中尘层密度的增大，太阳辐射的透明度降

低。尘层形成后，按照萨夫龙诺夫的计算，温度分布如下：

考虑到太阳的光度可能突然增强过(金牛座T阶段)，估计

那时地球区的温度也不会超过300K。在内行星的区域，只有

少量的冰质物可以凝固，成星的物质主要是石质物。在天王星

和海王星的区域，冰质物和石质物都已凝固，行星的成分主要

是冰质物。土星和木星的成分主要是氢和氦。可能它们的石质

物和冰质物的核心已经大到可以有足够的引力以使附近的尘层

失稳，从而俘获了大量的氢和氦(这只是一种设想)。在行星形

成的过程中，易挥发的物质经历了明显的分馏作用。行星的质

量只是星云盘极小的一部分。