地球是怎麼形成的?這個問題從人類有文明以來一直困擾了我們數千年,古人們不知道如何回答這個問題,所以他們幻想出來了各種各樣的神來創造世界,在中國有盤古開天地,在西方有上帝的指引,為了維護神的權威,人們甚至不惜燒死那些異端。
不過人們對於真理的追求從未止步,從16世紀末期開始,得益於各個學科的科學技術大發展,人類有能力回答這個問題了。
認識地球有一個過程16世紀以來,天文學的發展讓我們能夠用望遠鏡更加仔細地觀察我們的地球和太陽系。天文學家們拼湊出來的太陽系是這樣的:
太陽系示意圖 圖/How it Works
他們看到的太陽系具有以下特點:(1)所有的天體幾乎都在一個軌道平面內;(2)幾乎所有的行星都逆時針圍繞太陽轉動;(3)靠近太陽的幾顆行星(水星、金星、地球、火星)都是固態行星(類地行星);(4)遠離太陽的行星(木星、土星、天王星、海王星)都是氣態行星(類木行星)。
到了19世紀,化學元素的發現徹底改變了我們對於地球的認知,所有物質都由化學元素組成,我們腳底下的地球也是如此,它是一個由巨量元素相互組合形成的固體物質,地球是這樣,那麼其他星球呢?20世紀,物理學家們走出了這一步。我們現在無法星際航行,去到各個行星實地考察,光譜儀的發明解決了這個問題,通過分析不同星球的光譜,我們能夠間接測得它們的元素組成。
不同元素的發射光譜 圖/見水印
對太陽大氣層元素的光譜測量結果表明,地球與太陽大氣層的金屬元素成分是相似的,且各種金屬元素的含量也都是相似的——這說明地球和太陽具有同一個源頭[1]。
將這些觀察到的結果拼合起來,我們幾乎就能夠得到一個能夠自圓其說的回答了。
地球是如何誕生的?這個目前佔據主流回答的被稱為“星雲說”[2]。星雲說認為,50億年前現在的太陽系附近被一團巨大的星雲物質佔據,這團星雲物質在萬有引力的作用下逐漸收縮,同時內部出現許多湍渦流,在湍渦流的影響下,巨大的星雲物質逐漸碎裂形成許多小的星雲,其中一團小星雲就是太陽系的前身,我們可以稱之為“太陽星雲”。
由於是在一團湍渦流中形成,所以太陽星雲在形成之初就不停旋轉,並且由於萬有引力的作用,太陽星雲開始收縮並旋轉的越來越快,因此它的形狀也越來越扁平,形成一個星雲盤。
在扁平的星雲盤中,由於引力的作用,星雲物質不斷收縮和聚集,形成許多“星子”,大約99%以上的星子都聚集在了在星雲的中心處,它們相互吸引、融合,在巨大的壓力和溫度作用下,BOOM!大約在45.67億年前,核聚變被點燃了,這就是原始的太陽。
原始太陽被點燃想象圖 圖/維基百科
與此同時,圍繞著原始太陽的星子繼續相互吸引碰撞,它們先是聚合形成10km直徑的小行星,在最初的時候,圍繞著太陽的小行星數量可能最多達到1兆個,這些小行星圍繞著太陽運動,在運動的過程中相互碰撞,那些個頭比較大的小行星在碰撞中不斷“吃掉”小一些的小行星從而越來越大,這就是太陽系中各個行星形成的過程。
太陽系形成過程示意圖圖 圖/NASA
岩石行星與氣態行星 圖/Pixabay
但是這還不是全部,此時的地球還只是一個嬰兒,比現在要輕很多,小很多,它還要經過一段時間的成長才能長成接近現在的大小,不過這都是後面的故事了。
參考文獻
[1]黎彤.地球和太陽的元素丰度對比及其對太陽系起源和演化的意義[J].中國科學技術大學學報,1979(02):135-142.
[2]李三忠,張臻,孫文軍,戴黎明,張國偉.前寒武紀地球動力學(Ⅰ):從宇宙環境到原始地球[J].地學前緣,2015,22(06):1-9.