./t20081201_325324_taonews.html
专题
首页  >  专题  >  媒体视点  >  名刊精选  >  《科学大众》

《科学大众》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

创办于1937年,是我国创刊最早、影响最大的科普刊物之一。现由江苏省科技厅主管、江苏省科协主办。70多年来,杂志秉承“科学大众化、大众科学化”的宗旨,矢志不渝地为提高中华民族特别是青少年科学素质服务,影响了一代又一代中国人,得到了毛泽东、周恩来等党和国家领导人的肯定。

文章数
分享到:

探索 3 000万年形成地球

2008-12-01 19:31:37

  哈勃太空望远镜在观测星体诞生地——猎户座星云时,发现刚诞生的星体周围是巨大的气体圆盘,并猛烈地向外喷射气体等。专家推测,距今46亿年前,同样的情景,一定也可在构成太阳系的地方看到:气体与尘埃构成的星际云,一边旋转一边收缩,形成原始太阳系圆盘,在其中心诞生原始太阳。

  当时气体圆盘几乎是氢和氦组成,固体尘埃所占的比例仅1%左右。与气体圆盘成垂直的方向上有剧烈气体喷射。随后气体圆盘冷却,尘埃开始聚集,经过1 000年左右,诞生许多由尘埃集成直径达10~100米左右的微行星。微行星通过反复碰撞与融合成长起来。在靠近太阳的区域,原始行星是以岩石和金属铁为主体。这是因为微行星集积到形成原始行星过程中,微行星落下的势能与由于原始行星内部的放射性同位素释放的热,使整个行星呈现熔融的岩浆海洋状态,为此金属铁熔化沉积到行星的中心。这样中心有金属铁为核,四周有岩石地幔的地球型(也称岩石型)行星诞生了。

  天上掉下的线索

  要了解地球的形成,分析未被污染的陨石是最好的线索。不久前,在加拿大不列颠哥伦比亚省西北角,靠近美国阿拉斯加州的一个冰湖面上,当地的一名森林飞行员发现了一些很像是陨石残块的东西。他立即把其中的一部分残块装在一个特制冰箱里,邮寄给美国宇航局专家。邮件经过美国海关时,曾被要求解冻接受检查,因为海关人员担心来自加拿大的致命病原体之类的东西会随着这个邮件而进入美国。专家一眼就认出,这是一块碳质球粒状陨石,构成它的星尘和构成早期地球的星尘完全一样。

  这真是一个令人欣喜的重要发现,因为一般至少每几十年才可能有一次这样的机遇。于是一批科学家立即赶往冰湖,仔细搜寻散落在湖面上或埋入冰中的陨石残块。最终,他们找到了超过400块这样的陨石。通过分析陨石内放射性同位元素的方法,它们就能向我们讲述从原始太阳系星云到形成行星需要多长的时期。实验结果表明,陨石中鉿182蜕变为钨182的过程,对了解行星核何时形成是有效的。这是因为熔融的金属铁集积在中心时,鉿182残留在岩石的地幔中,但是钨被金属铁的核吸收。

  哈巴特大学的伊恩博士的研究小组,测定了所谓保存有太阳系初期信息的碳质球粒陨石的钨同位素比和鉿与钨之比,结果得出行星的核形成于太阳诞生的3 000万年以内。

  迄今为止,一般认为地球的核形成于太阳诞生后约6 000万年。伊恩博士研究的结果显示,行星形成比此前想得还要早。按照所谓“动态降落模型”理论,推测地球型行星的主要成长期约在1 000万年的短时间内完成,以上结果与这个模型的推测也较一致。

  伊恩博士假设岩浆海洋中,岩石与铁分离时,地核的63%是太阳系诞生后1 200万~1 000万年形成,90%是在2 400万年间形成。

  行星大小与核的形成成比例

  另一方面,德国明斯特大学的克莱因博士的研究小组,也用碳质球粒陨石的鉿和钨之比确定太阳系形成的年代。结果与伊恩博士一样,行星核的形成比想象的要早。

  关于灶神星小行星的核,此前认为是太阳系诞生后1 600万年形成的,但克莱因的研究小组认为是在500万年内形成。另外,他们还认为火星的核在1 100万年~1 500万年,地球的地核约在3 000万年内形成。而且核的形成速度是尺寸越小,形成的速度越快。

  如果用图表将灶神星、火星、地球的核按形成年代与大小尺寸来显示,三个天体几乎排列在一条直线上。但是月球核是在太阳系诞生后2 400万年~3 500万年形成,和其他行星相比是晚了许多,在这个直线之外。按克莱因博士的论文,这显示月球的成因与其他天体不同,即月球是由大碰撞形成的。伊恩博士的论文认为,月球的形成在2 500万年~3 000万年,几乎与地球同时形成。

  天体碰撞形成月球

  关于月球的形成有众多说法,目前“大碰撞假说”较有说服力。该假说称,在遥远的过去,一个与火星同样大小的巨大天体飞来碰撞了地球(如果是较此更大的天体,则地球将被撞得粉碎),撞击的能量是如此巨大,以至地球的外层地幔和那颗天体都彻底熔化,由此聚会成为一颗更大的新地球。与此同时,这次剧烈的碰撞也将大量熔融的岩浆喷入太空,不久这些熔岩由于自身引力的凝缩形成月球。

  但是,有关如何碰撞有两种模型。一种模型说,在地球形成一半时,受到火星2倍大小的天体碰撞;另一种模型说,地球形成90%时,受到火星大小的天体碰撞。

  哪一种模型正确还有待今后进一步验证。但是不管哪一种都考虑碰撞天体的核穿透原始地球的地幔,并融合成一个核。另一方面,原始地球的部分地幔物质被抛入太空,构成绕着地球的圆盘,最终在自身重力下凝缩形成月球。而且月球的形成也是在很短时间内完成。

  地核呵护生命

  如前所述,地核在太阳系诞生后约3 000万年内形成。科学家如此重视地核的形成时间,是因为地核在一定程度上掌控着生命的出现。地核位于数千千米的地下,与地表生活着的生物似乎风马牛不相及。事实上,金属铁构成的地核形成后,地球的磁场也将随之逐渐产生,磁场对地球的环境影响很大。

  虽然磁场看不见、摸不着,但是地核所产生的包裹地球的磁场就像一面巨大而坚实的盾牌,将那些由太阳耀斑发出的、以每小时160万千米的速度穿行、形成所谓太阳风的高能粒子挡开,从而保护了地球上的生物。现在地核形成的时间提前,那么可以想见,地球磁场的形成时间也相应提前,地球上的恶劣环境将更早得到改观。

  如果地球失去了这面盾牌,命运将如何呢?火星能告诉我们答案。40亿年前,和地球一样,火星也有一个液态铁内核,也有一面磁场盾牌。那时的火星很可能也有浓密的大气层,火星表面也可能存在液态水,因此当时的火星上也可能存在原始的生物。但是,火星的体积只有地球的几分之一,所以火星很快便冷却下来,液态铁核也随之冻结、变硬,火星磁场由此消失。于是火星大气层就被太阳风吹散了,难怪今天的火星表面只是一片寸草不生的荒漠。与火星不同的是,地球的地核和地磁场不仅形成时间早,而且经久不衰,这就等于为生物的生存搭建了一张保护伞,可以让生命不仅能继续在地球上出现,还能够存活下去。

  最近,专家相继发现太阳系外的恒星和行星,但是它们的很多构成与太阳系的样子不同。所以,从原始太阳系圆盘如何形成行星的过程,仍将是专家今后最感兴趣的课题,特别是在什么样的条件下,从原始太阳系圆盘诞生像地球这样的行星呢?


这是月球形成“碰撞说”的构想图

  “碰撞说”认为,月球是原始行星碰撞后形成的。过程如下:

  1.碰撞后,由原始行星地幔物质组成的部分岩石物质构成围绕地球的圆盘;

  2.约2天后,在距地球半径3倍以内距离(洛希极限)内侧因地球的引力,岩石不能合并;

  3.约1周后,岩石形成漩涡的臂,构成月的星子;

  4.约2周后,月的星子紧挨着洛希极限外侧,集积来自内侧的碎块,继续成长;

  5.约1个月后,完成月球的90%,剩下的岩石与地球或月球碰撞;

  6.约1年后完成月球。

上一篇:烧出的色彩
下一篇:阿根廷别样风情
©2011-2020 版权所有:中国数字科技馆
未经书面许可任何人不得复制或镜像
京ICP备11000850号 京公网安备110105007388号
信息网络传播视听节目许可证0111611号
国家科技基础条件平台