为什么太阳系中靠近太阳和远离太阳的行星体积都相对较小，只有中间的木星土星才比较大？ 第1页

这个现象和太阳系的形成过程有关。

我们先来看看太阳系的构成。

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距离太阳最近的是四个岩质行星，水星，金星，地球和火星。火星以外有一个小行星带。再往外是气态行星木星，土星，天王星和海王星。最外层是柯伊柏带， 被降级的冥王星就在其中。

太阳系形成于一个碟形的星云盘（

）。星云盘中大部分尘埃和气体（99.8%）集中于中心，当温度达到临界点后，核聚变被点燃，形成了太阳。初生的太阳向外释放出强烈的太阳风，把近处的气体吹向远方，只有比较重的固体尘埃可以留下来。所以，在太阳比较近的地方形成了4个岩质行星，水星、金星、地球和火星。而在较远处，形成了气态行星，木星，土星，天王星和海王星。

在太阳诞生3百万到1千万年之间，太阳风已经把剩余的尘埃和气体吹到了星际空间，行星的生长从此停止了。

下图是一个形成于4百万年前的年轻恒星群。它们的恒星风推开了星云中的气体和尘埃，在星云内部形成一个空洞。

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在岩质行星中水星最小，只有地球质量的5.5%，体积甚至小于土星的卫星泰坦。同时水星有一个大得和它的尺寸不相称的核。看起来这颗行星的外壳被剥掉了一层。天文学家推测水星刚形成时体积应该是现在的两倍，而它失去外壳的原因可能是

1. 早期的太阳极不稳定，曾经有特别活跃的时期。水星的岩石外壳被蒸发成气体，然后被太阳风吹走了。
   
2. 水星早期曾经遭受大量陨石轰炸，在这个过程中失去了核外的大部分物质。
   

而金星的大小和地球相似，为地球质量的81.5%，而火星比较小，只有地球质量的10.7%。对于这个现象，天文学家也提出了若干假说。

1. 在原始星云的这个位置，是一个物质分布比较稀疏的区域，所以用于形成火星的物质不多（下图中的A）。
   
2. 木星和土星在早期轨道变动较大，曾经多次在远近轨道来回游走，把火星轨道区域的物质大部分都带走了（下图中的B）。
   

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小行星带中除了少数几颗较大，如谷神星，灶神星等，其他的都很小，大多数都是尘埃，而且分布很稀疏。总质量大约是地球的千分之一。在太阳系形成初期，小行星带的质量和地球差不多，但是后来多数物质都被其他的行星的引力弹射出去了。这个区域不能形成大行星的主要原因是木星和土星的引力作用，使得小行星运行速度很快，相互碰撞后不能凝聚。

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木星是最大的行星，它的质量是地球的318倍，并且超过了其他所有行星质量的总和。木星获得如此巨大的在质量主要原因是绝佳的位置。它成为行星中的老大主要有以下原因。

1. 太阳风把气体和尘埃向外吹，这里形成一个物质比较集中地区域。这里聚集了大量的氢和氦。固态的尘埃也不少。
   
2. 这里刚好在太阳系的雪线之外，水可以以固体形态（冰）存在。这些冰的存在使原始行星核能够快速涨到地球质量的数倍，获得足够的引力去吸引氢和氦。
   
3. 在这个远离太阳的地方，物质运动速度比较慢，也让凝聚变得更容易。

木星的形成过程是这样的。首先是固态的尘埃和冰凝聚成一个约是地球质量数倍的核，然后以这个核为中心吸附气体。吸附过程中会形成和黑洞相似的吸积盘。

土星的形成过程也一样，但是由于物质不够多，就比木星小了一号（地球质量的95倍）。但是它的体积却高达木星的60%，所以它是太阳系中密度最小的行星。常常可以看到这样的说法，如果把土星放在水里，它会漂起来。

天王星和海王星质量很相近，分别是地球的14和19倍。过去天文学家认为它们是和木星土星一样的气态行星，但是近年发现它们大部分是固态的水，氨和甲烷，所以它们被归为新的一类行星：冰巨行星（Ice Giants)。它们形成于木星和土星之后，这时太阳风吹散了多数剩余的氢和氦，它们只能得到比较重的物质，质量也因此要小得多。但是，在它们现在的位置是很难得到这些原料的。据推测，它们应该形成于离土星比较近的地方，甚至是木星和土星之间，然后在大行星的引力角逐中被抛到了外围。

柯依伯带包含很多未能凝聚成大行星的碎片，包括冥王星。它们也是在木星以内的位置形成的，在太阳系的早期被大行星的引力抛了出来。当海王星被抛出来的时候，扰乱了柯依伯带的轨道，让这些小行星继续向外迁移，达到了今天的位置。

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以上是太阳系行星形成的过程。天文学家相信，太阳系并不特殊，所以其他恒星系应该也有类似的结构。然而，这些年来对太阳系外行星的观察却让他们大跌眼镜。第一批找到的行星多数都是像木星一样的气态巨行星，但是距离恒星很近（比水星轨道更近），有的甚至公转一圈只要几天。这些行星被称为热木星（Hot Jupiter）。按照太阳系形成理论，这样近的位置是不可能形成气态巨行星的。天文学家推测，它们应该是形成于离恒星较远处，然后慢慢迁移到现在的位置。热木星通常处于潮汐锁定状态，自转周期和公转周期相同，所以有一面永远对着恒星。巨大的温差造成猛烈的风暴。

OGLE-TR-56b是一颗很奇特的热木星。它距离恒星只有0.0225个天文单位，所以它绕恒星一周只需要29个小时。在如此酷热的地方，它有着自己的气候系统。它的大气中可以形成云和降雨。但是和地球不同的是，那里的云是铁蒸气，雨是液态的铁。

我们头脑中的太阳系形象一般是各大行星在自己的轨道上相安无事地围绕太阳公转。但是，在百万年或者亿年的时间尺度上，行星的轨道一直都在变化，这是行星之间的引力相互作用造成的。比如，火星轨道的偏心率一直在增加。50亿年后，将会和地球轨道交叉。到时候很有可能上演一幕火星撞地球的灾难片。水星轨道的偏心率也在增加，所以它受到金星引力影响也在加大，最后的结局可能是撞上金星或地球。

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