太阳是如何在太阳系中心形成的?最终形成行星的物质、气体和尘埃是否来自太阳?

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加州大学洛杉矶分校的天体物理学家迈克尔·朱拉解答了这个谜团。

既然我们的太阳系已经形成,我们必须通过研究我们附近的区域,银河系中当前的恒星形成来尝试重建它的历史。

关于我们太阳系历史的最佳模型指出,它是由单个星际云的坍缩形成的,该星际云可能跨越一个光年——比太阳的直径大一千万倍。云的形状可能是不规则的,受到邻近恒星和其他云的扰动。当它压缩和冷却时,云自身的引力超过了任何稳定系统的力。然后它开始急剧收缩。


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在坍缩之前,原始云可能开始时具有固定的质量和相对于某个中心轴的轻微随机旋转。这种旋转运动通过其“角动量”来衡量,角动量与系统的质量乘以其物质围绕旋转轴扫过区域的速率成正比。物理学的一个基本原理是,角动量与能量一样是守恒的。当云坍缩时,它的质量和角动量都保持不变。由于面积扫过的速率是固定的,较小的云具有较短的旋转周期,并且收缩的云会随着时间的推移“旋转得更快”。这个现象的一个著名例子是旋转的滑冰运动员,她收回手臂,因此旋转得更快。

随着旋转的星际气体云坍缩,它也趋于扁平化。在我们的太阳系案例中,大部分初始星际质量帮助形成了太阳。具有最大角动量的质量部分保留在一个圆盘中,然后该圆盘围绕太阳运行。我们认为行星是由这个圆盘形成的,因此太阳自然而然地位于这个事件的中心。尽管太阳的质量大约是木星的 1000 倍,但木星的轨道运动比太阳具有更大的角动量,因为它们都围绕太阳的中心扫过空间。

通过现代望远镜,我们观察到年轻恒星周围的圆盘,这似乎表明,这些变成行星的旋转圆盘是在恒星形成时产生的。目前的观测表明,至少有 5% 的类太阳恒星拥有类似木星的行星。被行星环绕的恒星的比例实际上可能远大于这个数字。

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