位於獵戶座的馬頭星雲,當中包含了不少製造星體的原材料。 網上圖片剛剛過了元宵佳節,但天公不作美,當天晚上好像見不到皎潔的明月。不過,不知道大家在仰望天空、尋找月亮的時候,有否順勢將思緒放諸太空之中,想一想我們身處的太陽系?這些由數顆星球圍繞一枚星星的行星系統,一般來說是如何形成的呢?今天就來探討一下這個課題。
萬有引力造星系 殘留物料成行星
太陽系如何形成的理論,可追溯至18世紀德國著名哲學家康德。他指出,太陽系可能是出生於一大團「星雲」之中:這樣的星雲包含大量的氣體和塵埃,正好就是製造星體的原材料。這些「星雲物料」受�虒U有引力的影響,自然會互相靠攏,以致從外看起來,這團星雲就在逐漸收縮。這樣的收縮過程,許多時候還伴隨�荓衕遄G星雲在一邊收縮,一邊旋轉。這種旋轉的情況,就好比意大利薄餅師傅高速地轉動麵團:最終麵團就會變成扁扁平平的,正好就是我們熟悉的太陽系的形狀。這個理論的一個吸引之處,就是成功解釋了太陽系的形狀。
那麼太陽系中的太陽和其他的行星,又是如何形成的呢?其實在太空之中,最有效去塑造各種事物的還是萬有引力:收縮中的星雲的中心部分,氣體、塵埃的密度特別高;如果這些「材料」的數量足夠,它們就可以收縮成發熱發亮的星星,也就是為我們帶來光芒、溫暖的太陽了。中央的星星形成以後,應該還有一些殘留的星雲物料:這些剩下的氣體、塵埃再在不同的地方收縮靠攏,就慢慢變成其他的行星了。
這也解釋了為什麼太陽系中的星體大多向�茼P一方向運行:還記得形成各個行星的材料,本來就是在同一團星雲之中一起旋轉的嗎?這些物料在慢慢變成行星的時候,自然也會傾向維持向同一個方向移動。
木星體積龐大 全靠早期「食飽」
不過,常言道「魔鬼在細節」,縱然這個理論聽起來不錯,但是在深入探究的時候,還是有一些不太完善的地方。比如說木星是繼太陽之後在我們太陽系中最大的星體,在太陽系形成的時候,應該吸納了大部分太陽沒「用得上」的「星團材料」。不過最初的估算,認為木星要吸納足夠的材料,可能需要用上好幾百萬年的時間;與此同時,我們亦要考慮這些「星團材料」的去向:氣體可能會向四方散去,塵埃會被吸向中央的太陽,因此它們只會在一百萬年至一千萬年之間逗留在太陽的周圍,而早期的木星,就要在這段時間之中「迅速行動」,盡快吸納這些材料形成現今的木星。
現今觀測技術、天文望遠鏡、數據處理的先進發展,容許我們更清楚地觀察更多行星系統。這些不同的觀測結果,為這個星系形成理論提供了不少有用的資料,但也帶來了挑戰。例如在許多其他「太陽系」之中,我們也發現了跟木星類似的大型行星。不過這些「木星」與它們的「太陽」的距離,卻可以大不相同:有些的距離十分遙遠,有些卻十分貼近,只需幾天就可以圍繞它們的「太陽」公轉一圈。因此在整理相關的理論時,我們還需考慮如何解釋這些在不同位置的行星是如何形成的。
憑藉現今的觀測技術,我們已經可以清楚地觀看到行星形成的過程。擁有如此大量的數據,相信我們對這方面的理解,能夠在短期之內有長足的發展。
■杜子航 教育工作者
早年學習理工科目,一直致力推動科學教育與科普工作,近年開始關注電腦發展對社會的影響。