1.1.6　地球的形成

对于人类来讲，宇宙演化过程中最重要的事件是太阳系星球，特别是恒星太阳、行星地球以及卫星月亮的形成（图1-8左图）。约46亿年前，在具有数千亿恒星的银河系中一个微不足道的角落，可能是由一次超新星爆发所产生的冲击波引起的星云引力坍缩，产生了太阳系。太阳本身获得了星云中99.8%的质量，其中71%是氢，27%是氦。早期太阳系中其余的物质围绕太阳形成了一个圆盘，在引力的作用下相互碰撞并黏附聚集形成了太阳系行星。距太阳较远的吸收了剩余的氢和氦形成气态巨行星，即木星、土星、天王星、海王星，而距离太阳较近的太阳风将气体吹散留下仅占初始星云质量0.6%的重元素组成较小的固体岩石行星，即水星、金星、地球和火星。

在太阳的核心极高的温度（约1500万℃）和压力（约3000亿大气压）下，持续发生氢变为氦的核聚变（图1-8右图）。图1-8右图为太阳动力学观测台于2012年7月12日东部夏季时间00点45分在30.4nm波长段拍摄到的图片，成色为红色，显示温度为50 000K。太阳每秒将6.2亿t氢转化为氦，其中0.7%的质量转化为3.828×1026J能量。这相当于910亿颗100万t TNT当量级的氢弹爆炸或1.3亿亿t煤燃烧所产生的能量！这些在70万km深处的太阳核心产生的高能光子（γ射线和X射线）需要经过数千亿年才最终转化为低能量的可见光达到太阳表面。虽然太阳拥有大量的氢，但也是有限的。太阳的寿命在100亿年左右，目前已经度过一半的岁月。当太阳消耗所拥有的氢之后，产生能量的核聚变将很难发生。燃料耗尽的太阳会坍缩为一颗白矮星，白矮星会在漫长的宇宙岁月中逐渐冷却，最终成为一颗黑矮星。

图1-8　太阳系的形成与太阳

与太阳不同，地球约90%的物质是氧、硅、铝和铁。在形成之初，地球是一个炽热的岩浆球，物质以液体形式不断流动，铁、镍等较重的元素下沉到地球中心形成地核。地核创造了笼罩整个地球的磁场，使其免受太阳风的伤害。而氧、硅、镁、铝等较轻的元素则上浮到外层构成了地幔和地壳。随着地球温度下降，地壳的外层冷却凝固形成了坚硬的岩石。地幔灼热的岩石则继续缓缓流动，推动地壳不断分离合并形成了山脉和峡谷。岩浆溶解产生的气体释放出氮气、二氧化碳和水等组成了大气层。随着温度降低，大气中的水迅速凝结以暴雨的形式落回到地面。暴雨持续了数百万年之久，直到液态水覆盖了70%以上的地表形成了海洋（图1-9）。正是太阳所提供的能量资源与地球所具备的物质环境的结合，为在这个美丽星球上最终孕育出神奇的生命提供了独特的环境和条件。

图1-9　地球的外貌与内部结构