太阳系的起源假说

16世纪哥白尼提出的日心地动说，确立了太阳系的概念，正确地描述了太阳系的结构和行星、卫星的运动情况。哥白尼的学说使自然科学摆脱了神学的束缚，促进了自然科学的发展。从此人们对太阳的探索日益走向科学，在太阳系起源这个问题上提出了种种假说。

笛卡尔的涡流学说

17世纪，法国哲学家笛卡尔提出了关于天体形成的涡流学说，认为在太初混沌里，物质微粒逐渐获得了涡流式的运动，各种大大小小的涡流之间的摩擦把原始物质匀滑，挤出的物质落入涡流中心，形成了太阳；较细的物质飞走，形成了透明的天穹；较粗的物质块被俘获在涡流里，形成了地球和其他行星；在行星周围出现了次级涡流，它们俘获物质而形成卫星。笛卡尔的这个涡流学说，提出在万有引力定律被发现以前（1644）。牛顿在他的有名著作《自然哲学的数学原理》一书中提出了万有引力定律以后，人们很快认识到万有引力在天体的运动和发展中所起的重要作用，认识到不考虑万有引力作用的任何天体演化学说都是不能成立的。因此，后来在讨论天体演化问题时，便很少提到笛卡尔的涡流学说了。

▲笛卡尔

康德的星云说

德国哲学家康德于1755年提出的星云说，认真考虑了万有引力的作用。详细论述这个学说的康德著作名叫《自然通史和天体理论》，副标题是“根据牛顿定理试论整个宇宙的结构及其力学起源”。这里说的“牛顿定理”，就是万有引力定律。康德认为，太阳系的所有天体是从一团由大大小小的微粒所构成的弥漫物质通过万有引力作用逐渐形成的。较大的质点把较小的质点吸引过去，逐渐形成大的团块。团块在运动中经常发生碰撞，有的碰碎了，有的则结合成更大的团块。弥漫物质团的中心部分就集聚成太阳。所以，康德认为，整个太阳系，包括太阳本身在内，是由同一个星云主要通过万有引力作用而逐渐形成的。这个主要论点在今天看来仍然是正确的。康德又认为，行星的自转是由于落在行星上面的微粒把角动量加到行星上而产生的。行星的吸引“迫使靠近太阳的、以较快速度运转的微粒离开了它们原来的轨道方向，使之沿着长椭圆的轨道运行并升到行星之上。这些微粒因为具有比行星本身更大的速度，所以当它们被行星吸引而下落时，就给它们的直线下落以及其他质点的下落运动一个自西向东的偏转。”今天来看，康德关于行星自转起源的论点也基本上是正确的，不过细节上需要修改。落到行星上的不仅有质点、微粒，也有由微粒形成的团块，在行星形成过程后期，还会有很大的固体块（称为星子）落到生长中的行星（称行星胎）上。

拉普拉斯的星云说

法国数学和物理学家拉普拉斯于1796年出版了一本科学普及读物《宇宙体系论述》。在这本书的7个附录的最后一个附录里，拉普拉斯用几页的篇幅叙述了他对太阳系起源的看法，提出了他的星云假说。他在提出这个学说的时候，并不知道康德已于41年前提出过一个类似的学说，更未看到康德的书。这是因为，康德的书是匿名（书上未写作者的真实姓名）出版的，初版的印数也不多。在拉普拉斯发表他的星云说以后，人们才回想起几十年前就曾提出过一个类似学说的这本书，并知道了它是康德所写的。此后，该书才得到再版和广泛流传。

拉普拉斯认为，太阳系是由一个气体星云收缩形成的。星云的体积最初比今天的太阳系大得多，大致呈球状，温度很高，缓慢地自转着。后来，星云逐渐冷却和收缩，由于角动量守恒，星云收缩时转动速度增加，离心力越来越大，在离心力和密度较大的中心部分的吸引力的联合作用下，星云越来越扁。到了一定时候，作用于星云表面赤道处的气体质点的惯性离心力便等于星云对它的吸引力，这时候，赤道面边缘的气体物质便停止收缩，停留在原处，于是形成一个旋转气体环。随着星云的继续冷却和收缩，分离过程一次又一次地重演，便逐渐形成了和行星数目相等的多个气体环，各环的位置大致就是今天各行星的位置。星云中心部分，则收缩成太阳。在各个气体环内，物质的分布不是均匀的，密度较大的部分把密度较小的部分吸引过去，逐渐形成了一些气团，在大致相同的轨道上绕太阳转动。由于互相吸引，小气团又集聚成大的气团，最后结合成行星。刚形成的行星（原行星）还是相当热的气体球，后来才逐渐冷却、收缩、凝固为固态的行星。较大的原行星在冷却收缩时又可能如上述那样分出一些气体环，形成卫星系统。拉普拉斯认为，气体环就像刚体那样旋转着，外部的线速度比内部的大，所以环凝聚成行星以后，行星就正向自转起来。最后，太阳的自转是原始星云自转的必然结果。土星光环是由没有结合成卫星的许多质点构成的。

▲拉普拉斯

拉普拉斯星云说的主要论点是：整个太阳系是由一个自转着的星云收缩而形成的。星云收缩时，由于角动量守恒，自转速度越来越大，到一定时候，赤道处离心力等于吸引力，便有物质留下来，后来这些物质就形成行星。今天来看，这个主要论点仍然是正确的。但是，拉普拉斯认为，星云开始时很热，由于冷却才收缩。今天知道，星际云并不热，温度平均只有绝对温度10到100K左右，即冰点以下摄氏-173°～-263℃。收缩不是由于冷却而是由于自吸引发生的，星云越收缩，温度越高。另外，在赤道面形成的也不是一系列的星云环，而是一整个星云盘。计算表明，如果原始星云的角动量等于今天太阳系的总角动量，那么，当星云收缩到今天太阳系的大小时，赤道处的离心力远远小于吸引力，不可能留下物质来形成星云盘。所以必须认为，原始星云的质量比今天的太阳系大，角动量也比今天太阳系的角动量大好多，后来一小部分物质离开了太阳系，带走了绝大部分的角动量，才能够解决这个矛盾。拉普拉斯的星云说和康德的星云说都没有说明太阳系的角动量分布。