太阳系中的固态行星、气态行星是形成的?

之所以会有固态和气态的分别,直接的真相就是距离太阳的不同距离所致,它们的形成古代
【菜科解读】
石球和气球是我们对太阳系行星的形象称呼,本来它们区别代表的是固态行星和气态行星。
之所以会有固态和气态的分别,直接的真相就是距离太阳的不同距离所致,它们的形成古代与太阳系早期的状况和进展演化过程密不可分。
星云物质
星云是宇宙间除了太阳和行星外,,最常见的一种天体物质组成形态,如果从相关的宇宙照片可以看出,它们的形状千变万化,虚无缥缈,组成了一幅幅美观而又优美的宇宙背景画面。
从组成来看,星云是由大量的星际尘埃、氢气、氦气和其它一些电离气体构成,也就是其中充满着微小的固态物质和轻气体。
虽然看上去“浓烟滚滚”,实质上这些星云物质的含量比较稀薄,密度非常低,我们之所以能够看到它们,一方面是在非常大的空间尺度上去观察;另一方面是在星云物质之外的物质浓度更低,在太阳光线当作背景下,比较容易看到它们与周围更加空洞的空间的反差。
关于星云物质的来源,目前天文界比较主流的观点认为,它们的来源包括三个方面:
一是宇宙大爆炸释放出的大量星际物质构成了星云重要物质来源。
当宇宙大爆炸发生之后,从中释放的原物种质,如氢核和氦核则在宇宙中均匀分布,由于它们之间的引力非常微弱,还远远不能克服宇宙向外扩散的膨胀压力和辐射压,无法汇聚在一起,但是奠定了所有宇宙所有星体和物质形成的基础,包括星云。
二是宇宙的逐渐冷却使星云物质慢慢聚集。
宇宙中由大爆炸之后一段时间内的背景辐射是以高能辐射为主,随着宇宙空间在大爆炸能量的推动下逐渐膨胀以后,整体温度也在不断下降,这种高能辐射就会逐渐变为微波背景辐射。
氢核和氦核在此情况下,拥有了相应的原子,之间的引力也慢慢地超过膨胀压力和辐射压,在原子相互引力的作用下开始形成许多物质密度较高的区域,原始星云因此而产生。
三是在太阳的进展演化过程中不断积累形成的。
太阳在生命周期的晚期,都会在辐射压的作用下发生膨胀,然后又在内核引力作用下发生塌缩,在塌缩过程中,有一些外围物质会继续向外膨胀,形成气壳,构成了太阳周边区域的星云物质。
当太阳相继经历白矮星、黑矮星直至消失之后,这些星云物质被保留了下来。
太阳的形成
太阳是宇宙中再普通不过的一类太阳了,但是它的形成和演化过程与其它恒生的产生却是基本一致的,离不开上述星云物质的孕育。
在太阳还没有形成之前,其所在的空间区域内,分布着众多由气体和星际尘埃所组成的星云物质,这些星云物质的浓度相对较高。
据科学家们猜测,这些较为浓密的星云物质,有巨大的可能是在此处的“上一任”太阳生命结束之时残留下来的,太阳的残骸以及最终喷射出来的物质,加上此前在太阳引力作用下围绕着太阳运转的众多气体和微小颗粒共同组成这块“生命的摇篮”。
这些浓密的星云物质,在50多亿年受到外界太阳引力波动的影响下科学家们猜测受到较近区域超新星爆发的影响面较大,组成物质之间开始进行着持续不断地碰撞,使得某些区域的星际物质浓度变得更大,于是形成了质量相对较大的若干核心区域,其中在太阳所在位置,这个区域的空间大小和互相碰撞聚合的物质规模非常大,然后在万有引力和动量守恒定律的支配下,周围更多的气体物质和星际尘埃一部分被吸入这个核心区域,中心质量越来越大,一部分围绕着这个核运转,随时在中心质量增大的过程中,被持续吸进中心区域,在此过程中,不断的碰撞使得核心的温度缓慢升高,形成了太阳的“胚胎”。
当太阳“胚胎”核心区域的温度上升到1000万摄氏度时,便会激发其中组成物质氢的核聚变反应,两个氢原子中的四个质子和中子聚合成一个氦原子,同时释放两个正电子,在此过程中,由于质量发生了一定程度的亏损,从而释放出大量的能量,真正意义上的太阳就此诞生,为整个太阳系注入了源源不断的能量来源。
行星的形成
在太阳形成的同时,其周围一定范围之内的区域,本来也在进行着和太阳形成早期一样的星云物质聚合过程,在太阳系内,应该是形成了众多那样的“核心区域”,都有着较大的质量,都有着许多星际物质围绕其运行的情况。
只不过太阳那个核心区域太大了,所吸引的星云物质占据了极大的比重,相对来说,其它区域的“核心区域”规模就小很多。
虽然这些核心区域规模较小,但也持续不断地发生着星际物质的碰撞和聚合的过程,中心温度也越来越高,而且一些核心区域也在引力的作用下进行着“零存整取”,互相之间也有几率相互碰撞和整合,于是逐渐在太阳这个绝对核心的周围,形成了若干个规模相对较大的核心区域,在引基础上产生了温度很高、密度巨大的固态行星体,这些固态行星又慢慢演化为各个行星的固态内核。
之所以会最终形成不同类型的行星,真相在于固态内核形成之后,依靠万有引力所吸引周围星际物质的不同所致。
刚才提到了,虽然太阳形成的时候,其核心规模巨大,所吸引区域星云物质的占比极大,但是在太阳系这一大片区域之内,仍然有一些星云物质没有被其引力所捕获,而是围绕着太阳作周期性的运转,这些星云物质成为了其它行星形成以及壮大的物质基础。
太阳诞生以后,由于核聚变反应,向外释放着大量的光和热,其中就包含着以大量带电粒子所组成的高速粒子流,它们以每秒200-800公里的速度向外辐射运动,这些等离子流被我们形象地称为“太阳风”。
在太阳风的“吹拂”下,氢、氦等质量较轻的气体被送到距离太阳较远的地方,于是在太阳系外围的那些行星固态内核,从星际空间中所捕获到的物质,后期都是以气体为主,于是形成了浓厚的大气层,继而在很大气压的作用下,下部的气态物质被压缩成液态,表面呈现气态,气态行星就这样形成了。
而在距离太阳较近的轨道,那些行星的固态内核只能吸引较重的一些元素,逐渐聚合成固态行星。
总结一下
在一个太阳系统中,其行星和太阳基本上是在同一个时间段内形成的。
无论是气态行星还是固态行星,它们的起点相同,但过程不尽一致,气态行星的形成,依靠的重要是太阳风的力量,将没有被太阳所吸入的较轻物质中吹到了较远的轨道,然后再凭借行星内核万有引力的努力,将这些较轻的气体吸到了自己的怀抱,从而不断进展和壮大自己的力量,这也是为什么在一个太阳系统中,气态行星都是在距离太阳很远的轨道上形成的根本真相。
第一次观察到白矮星的X射线爆炸现象
这种死亡的太阳有时会在一次超热的爆炸中恢复活力并产生一个X射线辐射的火球。
来自包括图宾根大学在内的几个德国机构的一个研究小组在弗里德里希-亚历山大-纽伦堡大学(FAU)的领导下第一次观察到了这样一个X射线光的爆炸。
“这在某种程度上是一个幸运的巧合,真的,”来自FAU天文学机构的Ole König指出“这些X射线闪光只持续几个小时,几乎不可能预测,但观测仪器必须在准确的时间直接对准爆炸。
”他跟Jörn Wilms博士教授和来自马克斯-普朗克地外物理研究所、图宾根大学、巴塞罗那加泰罗尼亚理工大学和波茨坦莱布尼茨天体物理研究所的研究团队一起在《自然》上发表了一篇关于这次观测的文章。
这种情况下的仪器是eROSITA X射线望远镜,它目前位于离地球一百五十万公里的地方,自2019年以来一直在调查天空中的软X射线。
2020年7月7日,它在天空中的一个区域测量到了强烈的X射线辐射,而这个区域在4小时前是完全不显眼的。
四小时后,当X射线望远镜测量天空中的同一位置时辐射已经消失了。
由此可见,之前完全过度暴露在探测器中心的X射线闪光一定持续了不到8小时。
像这样的X射线爆炸在30多年前就被理论研究所预测,但直到现在还没有被直接观察到。
这些X射线的火球发生在太阳的表面,这些太阳在用完大部分由氢和后来在其核心深处的氦组成的燃料之前其大小跟太阳相仿。
这些太阳的尸体不断缩小,直到剩下白矮星,它们的大小跟地球相似,但其质量可能跟我们的太阳相似。
“想象这些比例的一种方法是把太阳想象成跟苹果一样大小,这意味着地球将跟针头一样大小并以10米的距离围绕苹果运行,”Jörn Wilms解释道。
来自图宾根大学的Victor Doroshenko博士补充称:“这些所谓的新星确实一直在发生,但在大多数X射线发射产生的最初时刻探测它们真的很难。
不仅闪光的持续时间短是一个挑战,而且发射的X射线的光谱非常软。
软X射线的能量不大,容易被星际介质吸收,所以我们在这个波段不能看得很远,这就限制了可观察的物体的数量--无论是新星还是普通的太阳。
望远镜通常被设计成对较硬的X射线最有效,因为那里的吸收不那么主要,而这正是它们会错过这样一个事件的真相!”Victor Doroshenko总结道。
另一方面,如果要把一个苹果缩小到针头大小,那么这个微小的颗粒将保留苹果相对较大的重量。
Jörn Wilms继续称:“来自白矮星内部的一茶匙物质很容易就具有跟一辆大卡车相同的质量。
由于这些烧毁的太阳重要由氧和碳组成,我们可以把它们比作在宇宙中漂浮的与地球同样大小的很大钻石。
这些珍贵宝石形式的物体温度很高,会发出白色的光芒。
然而这种辐射非常微弱,从地球上很难探测到。
除非白矮星伴随着一颗仍在燃烧的太阳,也就是说,当白矮星很大的引力从伴随的太阳外壳中吸引氢气时。
FAU的天体物理学家Jörn Wilms说道:“随着时间的推移,这些氢气可以在白矮星的表面聚集成一个只有几米厚的层。
”在这层中,很大的引力产生了很大的压力,这种压力非常大,以至于大到导致太阳重新点燃。
在一个连锁反应中,它很快就会发生很大的爆炸,期间氢气层被炸掉。
像这样的爆炸的X射线辐射就是2020年7月7日击中eROSITA探测器的真相,产生了一个过度曝光的图像。
“对来自白矮星大气层的X射线辐射的物理来源的理解相对较好,我们可以从第一原理和精致的详情中建立它们的光谱模型。
将模型跟观测结果进行比较可以了解这些物体的基本属性,如重量、大小或化学成分,”来自图宾根大学的Valery Suleimanov博士说道,“然而,在这种特殊情况下的问题是,在30年没有光子的情况下,我们突然有了太多的光子,这扭曲了eROSITA的光谱反应,eROSITA的设计则是为了探测数以百万计的非常微弱的天体,而不是一个但非常璀璨的物体”,Victor Doroshenko补充道。
Jörn Wilms则表示:“利用我们最初在支持X射线仪器开发时拟定的模型计算,我们能在一个复杂的过程中更详细地分析曝光过度的图像,从而获得一个白矮星或新星爆炸的幕后观点。
”根据这些结果,,这颗白矮星的质量大约相当于我们的太阳,因此相对较大。
爆炸产生了一个温度约为327,000摄氏度的火球,这使其温度为太阳的60倍。
“这些参数是通过将X射线辐射模型跟Valery Suleimanov和Victor Doroshenko在图宾根创建的非常热的白矮星所发出的辐射模型相结合,以及在FAU和MPE进行的远远超出规格的制度下对仪器反应的非常深入的分析而获得的。
我认为这很好地说明了现代科学中合作的主要性--以及德国eROSITA联盟中广泛的专业知识,”来自图宾根大学的Klaus Werner教授博士补充道。
由于这些新星很快就耗尽了燃料,它们会迅速冷却,X射线辐射则会变得更弱并直到最后变成可见光,其在eROSITA探测到的半天后到达地球并被光学望远镜观测到。
Ole König指出,随后出现了一颗看似璀璨的太阳,这实际上是来自爆炸的可见光且非常璀璨,以至于在夜空中可以用肉眼看到它,“像这样看似‘新星’的现象在过去也曾被观测到过。
由于这些新星只有在X射线闪光后才干看到,因此很难预测这种爆发,当它们撞上X射线探测器时重要是靠运气。
”
人类已经搜寻到5000颗系外行星?回顾一些里程碑式的发现
最近人类已经发现的第5000颗系外行星正式得到确认,现在似乎是回顾这一路走来的里程碑的最佳时机。
自从仰望夜空以来,人们一直认为至少在我们看到的一些太阳附近应该有行星在运行,但直到1992年,天文学家才确认第一次发现了一颗“太阳系外 ”行星。
虽然New Atlas没有报道早期的系外行星科学,但该媒体在2008年第一次报道该领域的发现:在大约5000光年外发现了一个"惊人的相似"的行宇宙岛统。
第二年,随着NASA(美国宇航局)开普勒宇宙望远镜的发射,事情才真正开始,该望远镜是专门为搜索系外行星而设计的。
在接下来的几年里,候选探测器开始成百上千地涌入,到2015年,天文学家已经确认了大约440个系统中的1000多颗系外行星。
七年后,这个数字现在已经增加到5000多颗。
其中的一些亮点包括Gliese 581g,第一颗可能适合居住的系外行星;HIP 13044 b,在银河系外发现的第一颗候选系外行星;第一次发现的“流氓行星。
Kelt-9b,比大多数太阳都要热的气体巨行星;Proxima b、c和d,它们是离地球最近的系外行星,只有4光年的距离;当然还有TRAPPIST-1系统,它包含七颗地球大小的行星,围绕一颗红矮星运行。
New Atlas总结了过去20年中一些最大的系外行星发现:2008年2月20日,圣安德鲁斯大学的天文学家有发现了一个距离地球大约 5000 光年的行宇宙岛统,它与我们的太阳系有着“惊人的相似之处”。
2010 年 10 月 1 日,天文学家宣布第一颗“潜在宜居”的系外行星Gliese 581g 被发现。
2010 年 11 月 25 日,天文学家称银河系以外的第一颗系外行星HIP 13044 b 被发现。
2011 年 9 月 19 日,美国宇航局的开普勒任务发现了第一颗围绕两颗太阳运行的系外行星 Kepler-16b。
2012 年 11 月 15 日,天文学家发现了一颗距离我们太阳系约 100 光年的“流氓行星”。
2015年1月10日,美国宇航局宣布开普勒宇宙望远镜观测到的系外行星数量已经超过了1000 颗,其中包括 8 颗新的“宜居”行星和 544 颗候选行星。
2016 年 8 月 24 日,一组天文学家发现了一颗潜在宜居行星,距离地球仅 4 光年。
2017 年 2 月 22 日,一个国际天文学家团队宣布在附近一颗超冷红矮星的轨道上发现了七颗地球大小的系外行星,其中三颗位于该太阳的宜居带。
2017 年 5 月 5 日,天文学家盘点迄今为止发现的五颗最奇异的系外行星。
2017 年 6 月 5 日,美国宇航局发现极度不适合居住的超高温系外行星KELT-9b。
2022年3月21日,美国宇航局确认发现了第5000 颗系外行星,,并认为还有数十亿颗系外行星有待发现。