"第三章 太阳系与行星
太阳系和行星地球形成于大约 50 亿年前，那时距离 宇宙的诞生已经有90亿年了。人类探索太阳系和地球年龄的故事，就像我们挖掘宇宙年龄的故事一样，色彩斑斓，议论纷错。科学界给出的地球年龄，完全不符合宗教信条。然而，这个故事中为著名、争议的论战，却并非发生在科学与宗教之间，而是科学与科学之间。
英国物理学家威廉·汤姆森(即开尔文男爵，我们上 次见到他是在章)在 19世纪时做了个估算 :如果地球初是一种炽热的熔融状态，随后作为一个均一固态球体突然暴露在(宇宙空间或者大气或者海洋或者随便什么的)冰冷环境下开始冷却，那么要到达今天这个散发热量程度的状态需要经过大概 2000 万年。开尔文的地球很“年轻”，是因为绝大部分由岩石组成的固态球体可没那么容易冷却，所以要解释地球现在这么高的热量损失速率，它必定是(就地质学角度而言)相当晚近才开始冷却。开 尔文还如法炮制估算了太阳的年龄，来确证自己的计算。他已经知道，太阳只有在自身引力作用下坍缩时才会温 度升高(事实上在氢聚变还没起作用之前确实是这样)， 考虑到太阳当下的尺寸和亮度，它的年龄同样也是大概 2000 万岁。这当然比乌雪大主教引经据典得出的 6000 岁 的地球要老得多，但地质学家和演化生物学家认为这个年纪还是太小。
根据地质学家(也包括查尔斯·达尔文)估计，至少得上亿年的时间，才可能形成山脉和峡谷中明显的沉积层， 尤其考虑到河流及洪水的沉积速率如此缓慢。生物学家的估算也差不多，因为这样才能解释生物的多样性以及为什么慢吞吞的生物变异却已积累起了非常丰富的化石记录。但开尔文男爵(在当时可是一位名满天下的学者)把这仅 仅视作定性上的争论，不可能挑战他经过双重物理计算的缜密答案。数十年时间，物理学家和地质学家之间唇枪舌剑甚至出言不逊，终结果却是，他们全都错了。
放射性元素的核衰变发现，终为地球年龄之争划上了句点。亨利·贝可勒尔(Henri Becquerel)以及居里夫妇在 19 世纪末发现了放射性现象，并因此分享了诺贝尔奖。他们的成果表明，某些特定元素的原子较大，并不稳定，会通过从原子核中放射出粒子的方式自发转变为别的 元素，比如铀就是这样。很多放射性元素天然存在于岩石 中，因此人们推测，地球内部应该充满了放射性。放射性 元素衰变期间剧烈的粒子放射会释放热量，可能就是这股热量让地球即使已经过了数十亿年的冷却，仍然保有今天 的温度。不过，由欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford) 发端的这一理论，今天看来并不那么站得住脚，因为和一开始想的不同，地球上的放射性元素可能没有那么高的浓度，而且放射性对开尔文的静态地球模型的影响也微乎其微。约翰·佩里(John Perry)和奥斯蒙德·费希尔(Osmond Fischer)在论战中提出了另一个理论，认为地球内部的液体对流，就是指热的物质上升而冷的下沉(第四章会详述)， 可以驳倒开尔文的模型。具体来说就是，通过不断把地球内部的高温物质运送到表面，对流可以维持地球热量的快速损失达数十亿年之久 ;而开尔文的静态地球模型要解释 这一热量损失速率，就只能允许由“近”开始的热传导来冷却地表附近的物质。此外，20 世纪 20年代和 30年代发现的热核聚变终于让人们认识到，发动太阳的不是引力坍缩，而是氢聚变(还记得第二章内容吗)，它也已经让太阳燃烧了数十亿年。
直到 20 世纪早期至中期，人们对岩石和陨石进行放射性测年，据此精确测算出地球和太阳系年龄，才使这一争议真正平息。放射性元素衰变时，会将原子从初始的父放射核素(比如铀)终转变为稳定的子体核素(比如铅)。 所以一个样品中父放射核素与子体核素的数量之比可以用来确定矿物年龄—相对于父放射核素，子体核素的数量越多，样品就越老。知道了相对数量，再知道衰变速率(也 就是放射性半衰期)就能计算出相当精确的元素年龄。这个办法一锤定音，解决了地球与太阳系年龄的问题，答案是46 亿年左右。不过，地球上不存在那么老的岩石，古老的岩石存在于陨石中，绝大部分都是岩石的碎片，从小行星带落到了地球。
近 50 亿年前，在一团巨大尘云的坍缩中，我们的太阳系诞生了。这场坍缩可能是由一次超新星爆发的冲击波而触发的，陨石中可以找到证据:一些陨石里的细小钻石内含有铁的更重同位素，而这些同位素只有在超新星爆发中才能形成。要能形成一颗像太阳这样的恒星，这类星云在开始坍缩时的尺寸通常是直径 1到 3光年左右，已经是太阳系直径的许多倍。要形成质量大得多的恒星，那星云直径恐怕得有数十光年。然而对于我们直径 10 万光年的银河系来说，这个尺寸也就是沧海一粟而已。在这样的星云里，也只有叫作星云核的一小部分，终变成了像我们这样的太阳系。在成功坍缩为太阳系的过程中，星云核 的绝大部分质量跌落到中心变成太阳(正如上一章所述)， 余下的质量只是九牛一毛，接近太阳质量的 0.1% 左右， 变成了太阳系的行星。
所有的大行星都在一个圆盘上绕太阳转动，这个圆盘叫作黄道面。圆盘状太阳系的形成，是由星云的旋转导致 的。一开始，星云的旋转十分缓慢，之后随着坍缩的进程，旋转会变得越来越快，就像滑冰的人在旋转中把外展的手臂收回时，旋转也会加快一样。星云越转越快，离心力效应(把物体从旋转轴向外甩出去的效应)就会排斥垂直于旋转轴线方向的坍缩。但平行于旋转轴线的坍缩就不是这样，星云可以相当自由地在这个方向上跌落。结果就是，星云一侧向内坍缩，从而使得星云扁得像一张煎饼一样。绝大多数星云气体形成了中心的太阳，而剩下的围绕太阳 转动的极小部分气体形成了太阳系的行星。
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