太阳与它的行星

        作者：刘远景    （原载于“新浪博客”，原名叫《地球与太阳》）

(2009-01-15 13:17:03)

前面说了宇宙,今天想说说我们赖以生存的地球和太阳。意思是我们应该爱护我们共同的家园。人类并不是像哈姆雷特所说的那么伟大，而是宇宙中的一种普通的生物。不要以为人可以凭借自己的智慧和力量主宰其他生物，就可以为所欲为。我们平时强调人权，其实也应该讲动物权和植物权，不然，我们会遭报应的。

太阳的一些数据和能量：直径140万公里。与地球的距离约1.5亿公里,太阳光照射到地球上需要约8分钟。太阳的表面温度约6000摄氏度，中心温度约1500万开氏度。太阳的密度为每立方厘米1.4克,由于它的体积大,质量却是太阳系行星总和的745倍,是地球质量的33万倍,即:1.9891×10³³克,换成吨为200亿亿亿吨重。太阳自转一周为25天，公转速度为每秒250公里，绕银河系核公转一周为2.5亿年。

太阳上的化学成分与地球上的化学成分相同，只是比例有差别：太阳上氢占71%，地球上氧约占地壳的50%。

太阳是地球及其生物存在的根本。没有太阳的引力和斥力，地球早已经不能作为一个独立的天体存在，其他七大行星也是同样。（冥王星已经不当作一个行星了）。地球上的一切能源都来自阳光，否则，就没有植物和动物，自然，也就没有煤和石油，没有太阳就没有四季寒暑，也就没有水力资源。如果没有这些能源，我们人类就不可能产生，也不能生存。

太阳与其他恒星相同，都靠普通的氢核聚变产生能量，供它自身和其他行星享用。但是太阳的氢核聚变与氢弹核聚变不同。太阳的能量产生的速度非常慢，太阳中一个人体大小的体积内产生能量速度，比人体将食物消化转为能量的速度还要慢。氢弹和太阳能量产生速度的巨大差别是因为它们的氢核聚变反应的类型不同。太阳中的氢几乎全是普通的氢，每个氢原子只有一个质子，而氢弹的核反应需要的氢是两种稀有的同位素---氘和氚。这两种同位素除了含有一个质子外，还分别含有一个或者两个中子。氘和氚相对而言更容易发生核反应。太阳用来产生能源的核反应依靠普通的氢，这种反应非常困难。我们人类在地球上还有能力使普通的氢产生核聚变，只能使用氘和氚产生核聚变制造氢弹。

太阳和恒星上的普通氢的核聚变的机制与原子贝塔衰变的机制相同，这种反应叫作“弱相互作用”（Weak  interaction）。贝塔衰变（Beta  decay）是一个质子（或中子）改变成一个中子（或质子），并放出一个电子（或正电子）的放射性衰变过程，放出的电子叫贝塔（β）粒子，贝塔放射性衰变由弱相互作用控制，并且总是会有一个反中微子（或中微子）逃逸出去。

太阳中的普通氢原子只有一个质子，没有中子。由于太阳中氢占物质总量的71%，自然太阳中的质子很多，但质子单靠自己不能实现贝塔衰变转化为中子，但是，如果某一质子这样衰变产生的新原子核比原核结合得更紧，这一过程就可以进行，而且不断发生。根据不确定原理，整个系统可以“借到”额外的能量来使这一反应成为现实。因为在衰变过程的最后，整个系统的总能量将会更低。虽然质子仅靠自己不能转化为中子，但如果在合适的原子核中，它们还是可以进行的。太阳上两个质子相互碰撞，由于库仑排斥力，它们很难靠近进行强大的短程强相互作用，但是，偶尔由于量子隧道效应（Quantum  tunnlling）两个质子能结合在一起，形成一个不稳定的由两个质子组成的原子核。通常，在一个很短时间内，两个质子又会分开，但由于弱相互作用和不确定原理，这一不稳定的原子核的两个质子中的一个有机会通过贝塔衰变转化为中子，从而形成一个氘或氚原子核。

一旦氘或氚核形成生成氦所需的其他核反应就容易了。质子和氘核之间通过强相互作用和电磁相互作用反应形成3He,再通过一个强相互作用形成氦四，这样，由质子---质子循环，由氢变为氦的过程产生大量的能量，以此来供应太阳自身及其他行星。

根据爱因斯坦的质能换算关系E=MC²。太阳这样大的质量恒星按过去和现在的核聚变速度，还可以燃烧几百亿到上千亿年，即使后期燃烧得快一些，也能在一百亿年内有足够的能量供应。

太阳是银河系中一个普通的恒星。太阳离银河的银核约为2.3万光年，也有说三万光年的。像太阳这样的恒星在银河系中大约有几百亿个（中学课本中说有一千亿个）。这些恒星中有的比太阳的的质量大，如天蝎座α星，其质量等于二十五个太阳质量，有的比太阳小，如牧夫座α星，质量只有太阳的一半。要论体积，在银河系可能要算猎户座的α星为最大，那可是个庞然大物，有900个太阳的体积大。幸运得很，它离我们地球很远，有650光年。要是像半人马座的比邻星那样只有几光年，那我们白天晒太阳，晚上要晒星星，也许根本就没有晚上，那我们会疲惫不堪的。

银河系的中心银核是一个质量非常大的天体，吸引力也非常强。我们的太阳离这个银核有二万多光年。这是一个比较好的距离，离得太远，可能会被其他星系吸引走，太近了又会成为银核的猎物，被它吞噬掉。

2，地球

地球是太阳的一个行星。太阳有八个行星（原先说有九个，后来天文学家把最边上的冥王星除名了，原因是它太小了。）依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。前四个因为像地球是固体的，所以称为类地星，后两个因远离太阳，表面温度低称之为远日星。木星和土星是两个巨型行星。

前面说过，固体是宇宙中稀有的物态形式。按物理学原理，任何物体大约都经过等离子体阶段，可能是水星、金星、地球和火星离太阳太近，温度比较高，太阳的辐射和引力使这几个行星由等离子体状态改变成为固体状态了。在这四个固体行星中，地球的体积，质量都是最大的，距离太阳处于第三位，自转和公转也是最快的。因此，地球有足够的引力吸引住空气。地球有了大气层，能减少太阳的辐射，使温度不至于太高，也能保留住地球上水分这个生物产生和生存的根本。如果地球的质量太小，运动速度又慢，地球也就同金星和火星一样成为一片荒漠了。地球是一个有生命存在的天体，像地球一样有生命的天体在宇宙中并不多。其原因之一，也是最重要的原因就是地球上有水。

生物（除病毒以外），都由细胞组成，而活细胞是由水、无机盐、糠、脂、蛋白质和核酸组成的，这些有机物都离不开水，水在生物体中的成分约占80-90%。虽然水是一种无机物，却是细胞生命的主体，并且没有水，或者水分不足，生命体就无法进行循环和代谢，所以说水是决定地球上存在生命的第一要素。在太阳系行星中，在木星以远，由于温度低于零下140摄氏度，即使有水，也不是液态的，生命无法在那里存在。在离太阳较近的水星和金星上，温度又高于460摄氏度，即使有水，也早已经蒸发掉了。只有火星与地球的温度相近，从火星表面存在河床上看，火星的确曾经有过液态水。由于火星质量比地球小，自转也慢，引力不足以留住空气，所以现在大气非常稀薄，虽然它离太阳比地球远一些，但白天照在火星上，由于没有大气层隔离保护，使火星的白天温度比地球白天的温度还要高很多。火星上没有水的主要原因有二：一是引力太小；二是温度太高。

地球上有生命的第二个原因是温度适宜。地球的地面平均温度是22摄氏度。这个温度便于一些原子结合成大分子，在自然条件下不至于使已经结合的分子分解成原子，特别是使水分子保持在二氢一氧的状态。由于地球上水的覆盖面积大，并且由于蒸发循环和海流循环，能够调节地球上的温度，使热的地方不至于太热，冷的地方不至于太冷。

地球上有生命的第三个原因是有充足的大气。大气就像客人一样，要想留住大气，主人必须好客。天体要想留住大气就必须有足够的质量引力，不然大气就会逃逸远去。即使地球有这样大的质量，也有少量的大气并且是氧气透过电离层散逸到太空中去了。地球上的地壳中氧的万分占50%，空气中氧的成分占21%，氮占了78%，这两者组成一种干洁的空气，都是生物维持生命所必需的物质。也许人们重视氧气的作用，忽视氮气的作用，其实，氮也是生物特别是植物所必需的，化肥的主要成分就是氮、磷、钾，足见氮的重要性。

宇宙中氢的成分占72%，但地球上无论是地壳还是大气中，氢的成分却非常少，这主要是氢的质量低，太轻。作为气态的氢，地球很难以自身的引力吸引住它。但是由于地球氧的成分足，一部分没有逃逸的氢原子与氧原子相结合成了水，这些氢再也不能逃脱地球了。

水、温度、大气的适宜是地球上生命存在的基本原因，也是区别于其他天体的重要标志。

我国中学的地理课本上说：“根据科学家推算，其中可能有的（银河系）恒星拥有适合生物生存条件的行星”。这种可能是有的，但是那个行星必须有以上三个条件。不仅银河系，就是仙女座大星云系，只要有上面讲的条件，都能够维持生命生存下去。这里说的是维持生命生存的条件，不是生命起源的条件。生命起源的条件比维持生命的条件复杂多了，仅大分子如何形成生物细胞就是一个非常复杂的问题。这个我们以后再说。

地球还有如下一些数据是我们应该知道的：地球赤道半径为6378公里；绕太阳公转一周的时间是365天5小时；在绕太阳公转时，地球并不是以自转赤道为近日点均衡地运动的，自转形成赤道平面，公转形成黄道平面，在赤道与黄道之间形成23.26分的交角，这样，太阳在夏天偏向北半球直晒，冬天偏向南半球直晒，只有在春分日和秋分日才把直晒点放在赤道上。由于这个缘故，才构成了一年四季，在亚热带到温带生活的人感觉是最明显的。地球绕太阳公转的轨道是椭园形的，不是正园形的。在冬天，地球离太阳的距离是一亿四千七百万公里；在夏天，是一点五亿公里。也就是说，夏天地球离太阳的距离比冬天地球离太阳的距离远200多万公里。平均距离是14，960公里。约为1.5亿公里.这个数字也叫国际际天文单位,字母写为AU。

地球在冬天离太阳近,我们北半球的人却感到冷,夏天离太阳远了反而感到热,这是因为太阳光冬天不是直射到地球的北半球,而夏天太阳是直射到北半球的缘故。所以,行星与太阳的距离并不是决定行星行温度的唯一的条件。

太阳绕太阳运行在近日点与远日点的速度也是不一样的，远日点时，运行慢，近日点时运行快。这也是宇宙中所有天体运行的规律。

地球与其他天体一样也有磁场，以地球自转轴为方向分为南北两极。我们可以依此用指南针辨别方向，但是这个南北两极也不是固定不变的。地磁场的极性在地质时期内具有固定周期的以180度方向的变化。到时，会出现南北两极的互换，南极变成北极，北极变成南极。这种现象称为“地磁倒转”。这个周期维持时间一般为七十万年到一百万年左右，在这种转换时期会有上千年地球没有磁场，指南针失灵。这时地球上的人类会遭受由于没有地磁保护而造成的宇宙射线的伤害，不少动物和植物将会毁灭，也许恐龙就是因为地球换磁极而灭亡的。

我们通常说的一天等于24小时,实际上是23小时56分4秒。在赤道处自转的线速度为每秒1674公里。地球形成已经46亿年了，它在几亿年前也是以这个速度自转的吗？回答是：不是。地球在早期比现在自转得快。由于日月的引力引起的海洋潮汐造成了地球自转角动量的减少，加上冰川溶化引起海平面的上升造成地球自转阻力的增加，地球的自转速度是越来越慢了。现在地球自转的速度每天都在减慢1—2毫秒。二千年来，时刻已经累积慢了二个多小时，地球还会由于地幔、地核的变化，风力的变化继续减慢。现在与五万年前相比，每天至少长了一个多小时。也就是说，在五千年前，地球绕太阳一转周的时间不是365天而是390多天。

地球的体积也是有变化的。当地球刚形成进入太阳行星的轨道平面时，还应该是等离子状态，它的半径肯定比现在长五分之一，应该是7650公里左右，以后，地球还会以每年二毫米的速度缩小。

 

3，木星为什么不是恒星？

 

太阳系的八个行星中，按半径大小排序，木星应该排为第一，它的半径是地球的317倍，按体积排序，也是木星最大，是地球的1320倍。木星有16个卫星，比太阳的行星还要多，而地球只有一个卫星——月亮。

在太阳系行星中，木星的确是一个庞然大物。木星的化学成分也与太阳和其他行星相同，主要成分是氢和氦，核心温度高达三万多度，核心主要是铁和硅，其外层温度却很低：-148度。在八大行星中，自转最快的是木星，它的赤道自转一周只要9小时50分。公转一周由于它比地球轨道大，约要12年才能绕太阳转一周。木星的密度为每立方厘米1.33克,太阳的密度为1.41克。

这样大的天体为什么屈尊作了一个太阳的行星，而没有作恒星呢？

回答是：质量太小。木星的质量在太阳系中是最大的，但是与太阳相比，其质量就微不足道了，还不到太阳质量的1%呢。太阳系的所有行星的质量总和还不到太阳质量的8%。

在前面已经说过.一个天体形成后要进入主序星的第一个基本条件就是它的质量要达到太阳质量的百分之七以上,小于这个质量数,其内部就不能有足够的收缩压力产生高温,不能产生氢核聚变的.一个小于太阳质量百分之七的天体的命运只有二个:要么成为变星;要么成为某恒星的行星。

要按化学成分来说，木星有足够的氢，自转速度也快，如果它的质量再增加七、八倍，也就可能成为一个恒星了，它就不会围绕太阳公转了，它四周的卫星也就成了行星了。