太阳系是以太阳为中心,受太阳引力约束的所有天体的集合。你知道太阳系是多久前形成的吗?这是边肖分享的太阳系年龄的时间。让我们来看看。
太阳系的年龄由时间形成
太阳系形成的时间框架是通过放射性同位素测量确定的。科学家估计太阳系大约有46亿年了。地球上已知最古老的矿物颗粒大约有44亿年了。因为地球表面经常受到侵蚀、火山活动和板块运动的影响,所以这种古老的岩石非常罕见。科学家利用太阳星云早期凝结形成的陨石来估计太阳系的年龄。几乎所有的陨石(见魔谷陨石)都被发现有46亿年的历史,这表明太阳系至少有这么老。
对其他恒星的等高仪的研究也为太阳系形成时间表的确立做出了很大贡献。年龄在100万至300万岁的恒星大多富含气体,而年龄超过1000万岁的恒星的星盘几乎不含气体,这表明其内部的巨型气体行星已经停止产生。
太阳系是如何形成的?
前太阳星云
星云假说声称,太阳系是由一个跨度为几光年的巨大分子云碎片的引力坍缩形成的。几十年前,传统观点认为太阳是在相对隔离的情况下形成的,但对古代陨石的研究发现了短寿命同位素(如铁-60)的痕迹,这种同位素只能在爆炸和短寿命的恒星中形成。这表明,在太阳形成过程中,附近发生了几次超新星爆炸。其中一颗超新星的冲击波可能在分子云中造成了一个超致密区域,导致了这个区域的坍塌,从而引发了太阳的形成。因为只有质量大、寿命短的恒星才会产生超新星爆发,所以太阳一定是在大质量恒星产生的大恒星诞生区(可能类似猎户座星云)形成的。
其中一些被称为“前太阳星云”的塌陷气体区域将形成太阳系。这个区域的直径是7000到20000天文单位(AU),质量刚好超过太阳。它的成分与今天的太阳相似。最初核合成产生的元素氢、氦和少量锂构成了坍缩星云质量的98%。剩下的2%质量由前代恒星核合成中产生的重金属元素组成。在这些恒星的晚年,它们将这些重元素抛入星际物质中。
由于角动量守恒,星云在坍缩时旋转得更快。随着星云的浓缩,其中原子的碰撞频率增加,它们的动能转化为热能。其质量集中的中心比周围的圆盘越来越热。约10万年后,在引力、气压、磁力和转动惯量的竞争下,收缩的星云展平成直径约200AU的原行星盘,中心形成炽热致密的原恒星(内部氢聚变尚未开始的恒星)。
当太阳达到这个进化点时,它已经被认为是一颗金牛座T星。对金牛座T星的研究表明,它们往往伴随着由太阳质量为0.001-0.1的原行星物质组成的圆盘。这些圆盘伸展到数百AU——哈勃太空望远镜在恒星形成区(如猎户座星云)观测到了直径为1000AU的原盘——它们相当冷,最热的只有1000开尔文。
在5000万年内,太阳核心的温度和压力变得如此之大,以至于它的氢开始聚变,产生内部能量来抵抗引力收缩,直到达到静态平衡。这意味着太阳已经成为主序星,这是其生命中的一个主要阶段。主恒星通过其核心氢聚变为氦来产生能量。太阳仍然是主序星。
太阳系行星的形成
太阳系中的许多行星被认为是在“太阳星云”中形成的,太阳星云是太阳形成时遗留下来的气体和尘埃形成的盘状云。目前公认的行星形成假说称为吸积,行星是由原恒星周围轨道中的尘埃粒子形成的。通过直接收缩,这些粒子形成直径一到十公里的块体,然后它们相互碰撞形成更大的天体(小行星),大小约为五公里。通过进一步的碰撞,它们的尺寸逐渐增加,在接下来的几百万年里,每年增加几厘米。
内太阳系(距离中心4个天文单位直径范围内的区域)非常温暖,水和甲烷等挥发性分子难以聚集,因此在那里形成的小行星只能由高熔点物质形成,如铁、镍、铝和多石硅酸盐。这些岩石天堂将成为类似地球的行星(水星、金星和火星)。这些物质在宇宙中很少见,只占星云质量的0.6%左右,所以类地行星不会长得太大。类地胚胎在太阳形成10万年后长到0.05地球质量,然后停止聚集质量;随后,这些行星大小的天体相互碰撞融合,使它们像地球一样成长为现在的大小(见下面的类地行星)。
类木行星(木星、土星、天王星和海王星)形成于冰点线之外,火星和木星轨道之间的物质足够冷,可以将挥发性的冰冷化合物保持在固态。类木行星上的冰比类地行星上的金属和硅酸盐更丰富,这使得类木行星的质量变得足够大,可以捕获最轻和最丰富的元素,如氢和氦。冻结线外的小行星在300万年内积累了4倍地球的质量。如今,这四颗类木行星占据了所有围绕太阳运行的天体质量的99%。学者们认为,木星刚好在冰点之外并非偶然。由于冻结线收集了大量向内下落的冰状物质蒸发的水分,形成了低压区,加速了轨道周围尘埃粒子的速度,阻止了它们向太阳方向下落。实际上,冻结线起到了屏障的作用,导致距离太阳约5个天文单位的物质迅速积累。这些过量的物质聚集成一个大约有10个地球质量的胚胎,然后通过吞噬周围星盘中的氢气开始快速生长。只用了1000年就达到了150个地球质量,最后达到了318个地球质量。土星的质量明显较小,可能是因为它比木星晚形成几百万年,那时它可以使用更少的气体。
金牛座T和年轻的太阳一样,有着远比老恒星更稳定更强大的风。天王星和海王星被认为是在木星和土星之后形成的,在太阳风吹走星盘中的大部分物质之后。因此,这两颗行星上积累的氢和氦非常少,每颗都不超过地球质量的两倍。天王星和海王星有时被认为是失败的原子核。对于这些行星,形成理论的主要问题是它们的形成时间。在它们目前的位置,它们的原子核聚集需要几亿年。这意味着天王星和海王星可能是在更靠近太阳的地方形成的——靠近甚至在木星和土星之间——然后向外迁移。(参见下面的行星迁移)。在微型行星时代,行星的运动并不都是向内朝向太阳;从Wilt-2取回的星尘样本显示,早期太阳系形成的物质从温暖的太阳系迁移到了柯伊伯带。
三至一千万年后,年轻太阳的太阳风会将原始星盘中的气体和尘埃全部清洗干净,吹向星际空间,从而结束行星的成长。