天体演化学

[拼音]:tianti yanhuaxue

[英文]:cosmogony

天文学的一个分支,研究各种天体以及天体系统的起源和演化,也就是研究它们的产生、发展和衰亡的历史。天体的起源是指天体在什么时候,从什么形态的物质,以什么方式形成的;天体的演化是指天体形成以后所经历的演变过程。通常说的天体演化,往往也包括起源在内。

诞生和发展

法国笛卡儿和布丰在1644年和1745年先后提出天体形成的看法。科学的天体演化学至今只有二百多年的历史。十八世纪中叶以前,欧洲在学术思想上佔统治地位的仍是万物(包括天体)不变的僵化的自然观。德国哲学家康德于1755年和法国数学家拉普拉斯于1796年各自提出了太阳系起源的星云说,从而在僵化的自然观上打开了一个缺口,这对自然科学和哲学都产生了重大影响(见康德和拉普拉斯星云说)。

到二十世纪,随著科学技术的发展,不仅是太阳系,而且有关各类恒星、银河系以及河外星系的观测资料和新发现越来越多。随著理论物理学各分支的建立,现代天体物理学发展起来了。天体观测研究的新成果推动了天体演化学的发展。太阳系起源和演化的研究很活跃。在恒星的演化研究方面,取得重大突破。星系的起源和演化问题成为当前的科学前沿之一。

天体演化学是以天文学各分支学科为基础的,它依据天文学、物理学、化学、地球科学、数学等学科的理论,利用各天体层次(行星、恒星、星系)的观测资料,探讨各种天体和天体系统的演变规律,阐述它们各种特征的由来和发展。因此,不仅有天文学者,也有不少物理学、化学、地学、数学、哲学方面的学者从事天体演化的研究。

研究的内容

天体演化同物质结构和生命起源等基本理论问题有密切的关系,特别是同地球科学有更直接的关系,因此,天体演化的研究具有重要的理论与实践意义。天体演化学的研究内容包括以下几个方面。

太阳系的起源和演化

研究太阳系各类天体(主要是行星、卫星、小行星、彗星)的形成和演变,说明太阳系的现有特征,一般侧重于起源的研究。自康德提出太阳系起源的星云说以后的二百多年中虽然已有四十多种学说,但至今还没有一种完善的理论被普遍接受。困难在于我们能直接观测到的只是千千万万个行星系中的唯一的“样品”──太阳系。有关太阳系的起源和演化的学说分为灾变说和星云说两类:灾变说认为行星的物质是因为某种偶然的钜变(如另一颗恒星走近或碰到太阳,或太阳爆发)而从太阳中分出来的;星云说认为行星物质和太阳由同一原始星云形成(共同形成说)或由太阳俘获来的(俘获说)。灾变说在二十世纪上半叶盛行,现在基本上已被否定。近年来,一些星云说学者的观点逐渐接近。他们认为:太阳系是在约五十亿年前从星际云中分出的一个原始星云形成的。原始星云有自转,在自吸引作用下收缩;中心部分形成太阳,外部形成星云盘;盘中的尘粒和小冰粒沉降到赤道面形成尘层,集聚成固体块──星子;星子结合成行星和卫星等。

恒星的起源和演化

对恒星演化的认识比较一致。一般都主张弥漫说:星际云在自吸引收缩中碎裂为许多小云,各小云集聚成恒星。分子云、球状体、赫比格-阿罗天体、红外源、天体微波激射源可能是从星际云到恒星的过渡性天体。恒星完成了引力收缩阶段后,内部开始热核反应,成为主序星;再经过较长时间(太阳约为一百亿年)后变为红巨星;然后经过不稳定的变星阶段,通过爆发,由行星状星云变为白矮星,或通过猛烈的超新星爆发成为中子星;最后失去发光能力归宿到黑矮星(有人认为也可能归宿于黑洞)。恒星的质量愈大,演化就愈快。现在仍然有恒星在诞生。在恒星起源问题上,也有少数人坚持超密说,认为恒星是由超密物质转化而成的。

星系的起源和演化

也存在弥漫说和超密说。弥漫说认为,星系际弥漫物质逐渐集聚成很大的星系际云,然后分裂成较小的云,形成各种大小不同的星系集团。这种说法能够较满意地说明银河系的自转、各星族的空间分布和空间运动以及化学组成等方面的差别。超密说认为,银河系最初是超密物质,它丢掷的物质形成各星族的恒星、银盘、银晕和旋臂,而馀下的超密物质形成银核(见银心)。其他星系也都是超密物质形成的。超密说与大爆炸宇宙说相适应。有的学说认为星系型别序列代表演化序列(从椭圆星系向旋涡星系、不规则星系演化,或者反向演化);有的学说主张星系演化与初始条件(角动量或质量、密度等)有关。关于星系起源演化问题还没有定论,有待进一步探讨。

宇宙的起源和演化

常与宇宙模型一起在宇宙学中论述。有大爆炸宇宙学等学派。有些科学家从物质形态转化的角度看,将宇宙线起源、化学元素起源等问题也作为天体演化的课题。

参考书目

戴文赛:《天体的演化》,科学出版社,北京,1977。

F.Hoyle,Astronomy andCosmogony,W.H.Freeman Co.,San Francisco,1975.

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