科学家鉴定氧同位素可揭示太阳系起源
天文信息 2008-9-19
2008年9月19日讯，据美国科学日报报道，氧是地球上蕴藏最丰富的元素，大约占地球质量的一半以上。地球上的氧具有三种稳定同位素形式：氧16、氧17 和氧18。氧16占地球上氧总量的99.762%，氧17占0.038%，氧18占0.2%。目前，科学家声称，发现了关于氧元素的新线索，进而可揭示太阳系的起源。
太阳系中许多原始星体上的矿石比地球上氧同位素具有完全不同的比率，其中包括碳质球粒状陨石，科学家推测在太阳系早期大量存在着罕见较重的氧同位 素。美国伯克利实验室化学科学公司的穆萨•阿梅德说，“作为一位化学家，氧同位素比率将帮助我们理解太阳系的起源问题。为什么地球上矿石中氧同位 素比率会出现显著差异，这一点使科学家们迷惑许多年。”
不同氧同位素模型将解释其间的差异性，其中包括太阳系同位素比率形成奇特的恒星，或者通过核反应过程形成不同类型的恒星，这种太阳星云的化学处理 过程将提高氧同位素的比率。像这样的进程被命名为“同位素自屏蔽隔离”。太阳星云中富含氧分子的一氧化碳，当它被真空紫外线解离时，自屏蔽隔离被 认为是相关氧分子生成的关键性因素。
在外太空的灰尘和气体分子星云中已观测到自屏蔽隔离现象，当充沛的真空紫外线从附近的恒星渗透进入分子星云，将把一氧化碳分子分解成为碳原子和氧 原子。不同同位素吸收真空紫外线光子具有轻微的能量差异，然而，在接近星云边缘的区域，一氧化碳和大量的氧16同位素吸收了大量被氧16吸收的光子， 因此氧16位于星云中更深的位置。但是氧17和氧18，吸收了不同能量，却并未产生屏蔽隔离，在星云内部，相关更多的一氧化碳分子和较重同位素被解离， 同时，较重的氧原子被释放出来。
研究人员期望太阳系早期存在一个类似的进程，伴随着年轻的太阳辐射真空紫外线，一氧化碳将在原太阳的炎热区域发生作用，或者在更远的寒冷区域起作 用。是否真空紫外线的自屏蔽隔离真实工作于该状态下呢？如果是这样的话，氧同位素比率将产生怎样的影响？到目前为止尚没有准确的答案，该提议未进 行实验方法测试。阿梅德说，“加州大学圣地亚哥分校的马克•蒂蒙斯与我们取得了联系，使用光波线9.0.2(beamline 9.0.2)进行了方向测试，先进光源 机构(Advanced Light Source)提供真空紫外线光子可以精确地调谐一氧化碳分解时产生的多样性能量。”
化学家蒂蒙斯调查太阳系氧比率已有30多年，他是美国“起源号”宇宙飞船科学研究小组成员之一，他对太阳风的样本进行了研究分析。他认为如果不深入 认识宇宙天体氧化学进程，将无法理解太阳系如何形成和进化的。
伴随着太阳系早期一氧化碳的光解作用，水在太阳系进化过程中至关重要。基于许多复杂的化学反应，太阳系最古老的矿石中将锁定较重的氧同位素，随后 这些氧同位素形成于其他太阳系的星体中。阿梅德解释称，第一阶段是一氧化碳发生光解作用，形成氢、氧原子，氧和氢原子结合形成羟氢氧基HO，该分子 很快与氢结合会形成水分子。以上原子和分子是构成星体灰尘粒子的基本成份，因此，水分子中的氧原子在某些模式下可以转换氧同位素成为硅酸盐。不同 的氧同位素将持续通过该阶段测试，我们的实验重点关注第一阶段所发生的变化。
测试者通过一个测试舱发送超纯净一氧化碳，每个一氧化碳分子在4个不同波长状态下暴露于同步加速器产生的真空紫外线光子波中，一氧化碳分子在每个 波长下暴露的时间很长，在3-16小时之间。当碳和氧原子解离时，氧原子很快与完整的一氧化碳分子结合形成二氧化碳，然后收集在液氮冷却容器中。这些 实验样本由研究小组成员苏布拉塔•查克拉博尔蒂送至加州大学圣地亚哥分校，查克拉博尔蒂采用化学方法从二氧化碳中移除氧分子，然后他通过质量光谱 测定法测定同位素比率，依据分子的质量分离同位素。
阿梅德说，“这项研究成果非常令我们吃惊，我们证实了真空紫外线自屏蔽隔离进程对于太阳系最古老星体氧同位素比率特征具有重要的作用。” 基础性 物理化学足以生成高比例较重的同位素，这种比率的同位素与太阳系早期环境的矿石样本很相似。研究人员推断太阳星云中寒冷区域很可能产生大量较重的 氧同位素分子，但是该区域并不经过同位素自屏蔽隔离。阿梅德说，“同位素比率并不会告诉人们为什么太阳系早期会与现今存在如此大的差距，目前在实 验室里我们还有更多的科学研究需要进行。关于氧化学反应的一个进程是我们希望下一步测试氧、水和硅酸盐之间的反应，这将生成太阳系最初的岩石结构 。”
月球形成学说
月球的天文演化同地月系统的天文演化有重要关系。地月系统的天文演化，同这一行星——卫星系统的形成有关。在地月系统的形成中，很重要的一个问题是月球的形成问题。目前人们普遍认为，太阳系中行星——卫星系统的形成机制，基本上与太阳——行星系统的形成机制相同；或者，至少在主要方面大体上相一致。已有关于月球起源的学说，可以分为三大类：1. 地球分裂说，2. 地球俘获说，3. 共同形成说。
1．地球分裂说认为，在太阳系形成的初期，地球和月球原是一个整体，那时地球还处于熔融状态，自转快。由于太阳对地球强大潮汐力作用，在地球赤道面附近形成一串细长的膨胀体，终于分裂而形成月球。在19世纪末，乔治×达尔文（Geoge Dorwin）在研究了地月系统的潮汐演化后认为，月球是从地球分离出去而形成的，并提出太平洋盆地就是月球脱离地球时所造成的一个巨大遗迹。在此期间，支持分裂说的人已经知道太平洋地区地壳缺失硅铝层，由于形成月球的物质分离出去，使得该地区地壳的硅镁层暴露出来。所以他们推测月球从地球上分离出去的具体位置是在太平洋地区。
2．地球俘获说认为，月球可能是在地球轨道附近运行的一颗绕太阳运行的小行星，后来被地球所俘获而成为地球的卫星。支持俘获说的人认为，由于月球的平均密度只有每立方厘米为3.34克，与陨星、小行星的平均密度十分接近。因此，很有可能月球原是一颗小行星，在围绕太阳运行中，由于接近地球，地球的引力使它脱离原来的轨道而被地球所俘获。他们认为，月球的运动轨道显著地偏离地球赤道面，而比较接近各行星绕太阳运行的公转平面，因此，月球是给地球俘获的可能性较大。有人认为这个俘获事件发生在35亿年前，整个俘获过程经历5亿年。月球在被地球俘获后，由于受到地球的潮汐力作用，喷发出大量岩浆，形成了月海玄武岩。
3．共同形成说的研究者则认为地球和月球是由同一块原始行星尘埃云所引成。它们的平均密度和化学成分不同，是由于原始星云中的金属粒子在形成行星之前早已凝聚。在形成地球时，一开始以铁为主要成分，并以铁作为核心。而月球则是在地球形成后，由残余在地球周围的非金属物质凝聚而成。
现代的许多研究表明月球的形成比较大的可能性是倾向于共同形成说。从地月系统来看，地球是中心天体，月球是地球的卫星。因此，地球的演化历史决不会短于月球的演化史；此外，月球表面没有大量的硅铝质岩石，否定了地壳物质分出一部分形成月球，而同时在地球上形成大洋盆地的学说。根据对阿波罗11号带回的月球岩石样品的元素分析，以及对岩石样品中的铀——钍——钴系同位素的分析结果比较有利于地球和月球作为一个行星——卫星系统的共同形成说。月球玄武岩中化学元素的丰度同地球玄武岩中元素的丰度的对比研究表明，月球玄武岩的元素丰度更接近于地球的丰度，而不是接近于宇宙的丰度。同时，月球样品中氧的同位素组成与地球上氧同位素的组成没有什么区别。由此得出结论，月球与地球是在太阳系的同一区域内形成的，这就排除了月球是在距地球相当远的地方形成的可能性，这对"俘获说"是个否定。因此，现代的许多研究已经有越来越多的证据说明共同形成说有比较大的可能性。从一般性的讨论也可看出，月球由围绕原始地球的星子及其它物质颗粒和气体吸积而形成的模式，要比地球俘获月球和地球分出物质形成月球的模式更为合理些。
月球表面上古老的高地的构造特征，证明月球在40～46亿年间曾遭受了强烈的陨击作用；当然对地球来说也可能如此。此外，我们不能排除，在46亿年以前的演化时期，地月系统曾遭受到强烈陨击作用的可能性。因此，在整个天文演化时期内，地月系统所可能发生的巨大陨击体的撞击与俘获，对地月系的运动状态和本身结构状态会造成的重大影响。
太阳
太阳基本物理参数
半径: 696295 千米.
质量: 1.989×1030 千克
温度: 5800 ℃ (表面)
1560万℃ (核心)
总辐射功率: 3.83×1026 焦耳/秒
平均密度: 1.409 克/立方厘米
日地平均距离: 1亿5千万 千米
年龄: 约50亿年
对于人类来说，光辉的太阳无疑是宇宙中最重要的天体。万物生长靠太阳，没有太阳，地球上就不可能有姿态万千的生命现象，当然也不会孕育出作为智能生物的人类。太阳给人们以光明和温暖，它带来了日夜和季节的轮回，左右着地球冷暖的变化，为地球生命提供了各种形式的能源。
在人类历史上，太阳一直是许多人顶礼膜拜的对象。中华民族的先民把自己的祖先炎帝尊为太阳神。而在古希腊神话中，太阳神则是宙斯(万神之王)的儿子。
太阳，这个既令人生畏又受人崇敬的星球，它究竟由什么物质所组成，它的内部结构又是怎样的呢？
其实，太阳只是一颗非常普通的恒星，在广袤浩瀚的繁星世界里，太阳的亮度、大小和物质密度都处于中等水平。只是因为它离地球最近，所以看上去是天空中最大最亮的天体。其它恒星离我们都非常遥远，即使是最近的恒星，也比太阳远27万倍，看上去只是一个闪烁的光点。
组成太阳的物质大多是些普通的气体，其中氢约占71％, 氦约占27％, 其它元素占2％。太阳从中心向外可分为核反应区、辐射区和对流区、太阳大气。太阳的大气层，像地球的大气层一样，可按不同的高度和不同的性质分成各个圈层，即光球、色球和日冕三层。我们平常看到的太阳表面，是太阳大气的最底层，温度约是6000摄氏度。它是不透明的，因此我们不能直接看见太阳内部的结构。但是，天文学家根据物理理论和对太阳表面各种现象的研究，建立了太阳内部结构和物理状态的模型。这一模型也已经被对于其他恒星的研究所证实，至少在大的方面，是可信的。
太阳的核心区域虽然很小，半径只是太阳半径的1/4，但却是太阳那巨大能量的真正源头。太阳核心的温度极高，达1500万℃，压力也极大，使得由氢聚变为氦的热核反应得以发生，从而释放出极大的能量。这些能量再通过辐射层和对流层中物质的传递，才得以传送到达太阳光球的底部，并通过光球向外辐射出去。
太阳光球就是我们平常所看到的太阳园面，通常所说的太阳半径也是指光球的半径。光球的表面是气态的，其平均密度只有水的几亿分之一，但由于它的厚度达500千米，所以光球是不透明的。光球层的大气中存在着激烈的活动，用望远镜可以看到光球表面有许多密密麻麻的斑点状结构，很象一颗颗米粒，称之为米粒组织。它们极不稳定，一般持续时间仅为5～10分钟，其温度要比光球的平均温度高出300～400℃。目前认为这种米粒组织是光球下面气体的剧烈对流造成的现象。
光球表面另一种著名的活动现象便是太阳黑子。黑子是光球层上的巨大气流旋涡，大多呈现近椭圆形，在明亮的光球背景反衬下显得比较暗黑，但实际上它们的温度高达4000℃左右，倘若能把黑子单独取出，一个大黑子便可以发出相当于满月的光芒。日面上黑子出现的情况不断变化，这种变化反映了太阳辐射能量的变化。太阳黑子的变化存在复杂的周期现象，平均活动周期为11.2年。
紧贴光球以上的一层大气称为色球层，平时不易被观测到，过去这一区域只是在日全食时才能被看到。当月亮遮掩了光球明亮光辉的一瞬间，人们能发现日轮边缘上有一层玫瑰红的绚丽光彩，那就是色球。色球层厚约8000千米,它的化学组成与光球基本上相同，但色球层内的物质密度和压力要比光球低得多。日常生活中，离热源越远处温度越低，而太阳大气的情况却截然相反，光球顶部接近色球处的温度差不多是4300℃，到了色球顶部温度竟高达几万度，再往上，到了日冕区温度陡然升至上百万度。人们对这种反常增温现象感到疑惑不解，至今也没有找到确切的原因。
在色球上人们还能够看到许多腾起的火焰，这就是天文上所谓的“日珥”。日珥是迅速变化着的活动现象，一次完整的日珥过程一般为几十分钟。同时，日珥的形状也可说是千姿百态，有的如浮云烟雾，有的似飞瀑喷泉，有的好似一弯拱桥，也有的酷似团团草丛，真是不胜枚举。天文学家根据形态变化规模的大小和变化速度的快慢将日珥分成宁静日珥、活动日珥和爆发日珥三大类。最为壮观的要属爆发日珥，本来宁静或活动的日珥，有时会突然"怒火冲天"，把气体物质拼命往上抛射，然后回转着返回太阳表面，形成一个环状，所以又称环状日珥。
在日全食时的短暂瞬间，常常可以看到太阳周围除了绚丽的色球外，还有一大片白里透蓝，柔和美丽的晕光，这就是太阳大气的最外层── 日冕。日冕的范围在色球之上，一直延伸到好几个太阳半径的地方。日冕里的物质更加稀薄，它还会有向外膨胀运动，并使得热电离气体粒子连续地从太阳向外流出而形成太阳风。
太阳看起来很平静，实际上无时无刻不在发生剧烈的活动。太阳表面和大气层中的活动现象，诸如太阳黑子、耀斑和日冕物质喷发等，会使太阳风大大增强，造成许多地球物理现象──例如极光增多、大气电离层和地磁的变化。太阳活动和太阳风的增强还会严重干扰地球上无线电通讯及航天设备的正常工作，使卫星上的精密电子仪器遭受损害，地面电力控制网络发生混乱，甚至可能对航天飞机和空间站中宇航员的生命构成威胁。因此，监测太阳活动和太阳风的强度，适时作出"空间气象"预报，越来越显得重要。
在银河系内一千多亿颗恒星中，太阳只是普通的一员，它位于银河系的对称平面附近，距离银河系中心约26000光年，在银道面以北约26光年, 它一方面绕着银心以每秒250公里的速度旋转，另一方面又相对于周围恒星以每秒19.7公里的速度朝着织女星附近方向运动。
行星、卫星和行星环
人类经过千百年的探索，到16世纪哥白尼建立日心说后才普遍认识到：地球是绕太阳公转的行星之一，而包括地球在内的九大行星则构成了一个围绕太阳旋转的行星系── 太阳系的主要成员。行星本身一般不发光，以表面反射太阳光而发亮。在主要由恒星组成的天空背景上，行星有明显的相对移动。离太阳最近的行星是水星，以下依次是金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。从行星起源于不同形态的物质出发，可以把九大行星分为三类：类地行星(包括水、金、地、火)、巨行星(木、土)及远日行星(天王、海王、冥王)。行星环绕太阳的运动称为公转，行星公转的轨道具有共面性、同向性和近圆性三大特点。所谓共面性，是指九大行星的公转轨道面几乎在同一平面上；同向性，是指它们朝同一方向绕太阳公转；而近圆性是指它们的轨道和圆相当接近。
在一些行星的周围，存在围绕行星运转的物质环，由大量小块物体(如岩石，冰块等)构成，因反射太阳光而发亮，称为行星环。20世纪70年代之前，人们一直以为唯独土星有光环，以后相继发现天王星和木星也有光环，这为研究太阳系起源和演化提供了新的信息。
卫星是围绕行星运行的天体，月亮就是地球的卫星。卫星反射太阳光，但除了月球以外，其它卫星的反射光都非常微弱。卫星在大小和质量方面相差悬殊，它们的运动特性也很不一致。太阳系中，除了水星和金星以外，其它的行星各自都有数目不等的卫星。
在火星与木星之间分布着数十万颗大小不等、形状各异的小行星，沿着椭圆轨道绕太阳运行，这个区域称之为小行星带。此外，太阳系中还有数量众多的彗星，至于飘浮在行星际空间的流星体就更是无法计数了。
尽管太阳系内天体品种很多，但它们都无法和太阳相比。太阳是太阳系光和能量的源泉。也是太阳系中最庞大的天体，其半径差不多是地球半径的109倍，或者说是地月距离的1.8倍。太阳的质量比地球大33万倍，占到太阳系总质量的99.8％，是整个太阳系的质量中心，它以自己强大的引力将太阳系里的所有天体牢牢控制在其周围，使它们不离不散，井然有序地绕自己旋转。同时，太阳又作为一颗普通的恒星，带领它的成员，万古不息地绕银河系的中心运动。
(1). 类地行星：水星，金星，地球，火星
顾名思义，类地行星的许多特性与地球相接近，它们离太阳相对较近，质量和半径都较小，平均密度则较大。类地行星的表面都有一层硅酸盐类岩石组成的坚硬壳层，有着类似地球和月球的各种地貌特征。对于没有大气的星球(如水星), 其外貌类似于月球，密布着环形山和沟纹；而对于像有浓密大气的金星，则其表面地形更像地球。
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水星 金星 地球和月球 火星和它的卫星
(2). 带光环的巨行星和遥远的远日行星
木星和土星是行星世界的巨人，称为巨行星。它们拥有浓密的大气层，在大气之下却并没有坚实的表面，而是一片沸腾着的氢组成的"汪洋大海"。所以它们实质上是液态行星。
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木星、木星光环和卫星 土星、土星光环和卫星
天王星、海王星、冥王星这三颗遥远的行星称为远日行星，是在望远镜发明以后才被发现的。它们拥有主要由分子氢组成的大气，通常有一层非常厚的甲烷冰、氨冰之类的冰物质覆盖在其表面上，再以下就是坚硬的岩核。
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天王星、天王星光环和卫星 海王星、海王星光环和卫星 冥王星和它的卫星
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