[1]宇宙星体形成的必要环节—星际云环流

王洪臣

河北省沧州盐业集团有限公司，河北 黄骅 061100

摘  要：太阳系行星的分布隐含了行星成星带以太阳为中心由近及远的圆环分布。星际云盘轴向引力场、密度梯度和径向温度梯度为星际云环流的形成提供了必要条件。星际云盘在恒星的照耀下可以形成星际云环流，这也是宇宙星体形成的必要环节。提丢斯-波得定律的物理意义是成星带的近、远边界的绝对温度比是一个定值。它不仅是关于太阳系中行星轨道的一个简单几何学规则和太阳系行星成星带的分布定律，它也是星际云环流的运行状态定律。星际云环流能很好地解释太阳系行星形成的诸多现象。

关键词： 星际云；星体；成星带；提丢斯—波得定律；星际云环流

中图分类号：P152.4 文献标识码：A

1太阳系行星的分布及其成星带

   太阳系中除太阳外，还有水星、金星、地球、火星、小行星带、木星、土星、天王星、海王星、柯伊伯带及奥尔特云。从水星到奥尔特云，它们自近及远在太阳周围有规律地排开，并绕太阳运行。每颗行星都不像是从远处迁徙至此，应该是就地形成。

宇宙星体是由星际云集聚形成。太阳系行星应该是由它们现在位置的周围空间，行星未形成前的星际云所形成。形成每颗行星的星际云所占空间范围就是该行星的成星带。从目前各行星的排列分析，各行星成星带由相邻行星之间的界线分割而成。从水星至柯伊伯带，行星成星带是自近及远，不同宽度，围绕太阳的圆环。除小行星带、柯伊伯带和奥尔特云外，每个成星带的星际云都基本上集聚到一起，形成了一颗大行星。将一个圆环区域的星际云集聚到一起，只靠“吸积”是不可能的。

2恒星早期周围星际云的盘状分布与温度分布

宇宙中恒星早期，周围还未形成行星之前，其周围的星际云都是以盘状分布的，称其为吸积盘。这些星际云绕恒星做圆周运动，以平衡恒星的引力，保持与恒星的径向距离。星际云之间在星际云盘轴向的引力，与星际云的热运动平衡，保持星际云盘的厚度，形成指向盘轴向中心的星际云盘轴向引力场。并因此形成星际云在盘轴向分布的密度梯度。

星际云的温度主要受恒星辐射的影响，由接收辐射的多少决定。恒星的光辐射是以球面向周围辐射的，周围空间的光辐射强度E与其距恒星的距离d的平方成反比。即：

E= E0/ (4∏d2)                                    （1）

E0——恒星的辐射总强度，单位时间辐射的总能量；∏——为圆周率。相同星际云的单位质量粒子占据空间p和对辐射的吸收率q,都相同 ，单位质量的星际云吸收的辐射Ea为：

Ea = qpE = qpE0 /(4∏d2)                            （2）

星际云在吸收恒星辐射的同时，也向太空放出辐射。单位质量星际云放出的辐射Er 与它的绝对温度T的四次方成正比。即：

E r = kT4                                           （3）

k——斯蒂芬-波耳兹曼常数。

温度稳定的星际云吸收辐射与放出辐射保持平衡，其吸收辐射与放出辐射相等。即:

Ea = Er                                             （4）  或

qpE0 / (4∏d2) = kT4                                  （5）  亦即：

T2 = [qpE0 / (4∏k)](1/2) / d                              （6）

这就是恒星周围星际云的温度分布公式。在同一恒星照耀下，相同星际云的[qpE0/(4∏k)](1/2)为一常量。星际云的绝对温度的平方与它距恒星的距离成反比。

星际云盘轴向引力场、密度梯度和径向温度梯度是星际云形成环流的必要条件。

3星际云的受热运动与环流体形成

星际云由气体与宇宙尘埃（悬浮在气体中的颗粒物）构成。星际云受热升温而膨胀，遇冷降温而收缩。星际云盘以热运动平衡轴向引力形成的压力，存在着轴向密度梯度。高温星际云密度小，流向引力场的反方向；低温星际云密度大，流向引力场方向。

星际云在恒星的照耀下，近恒星处温度高，远恒星处温度低。高温处的星际云膨胀上升，由星际云盘轴向引力中心区域流向外层，在外层再流向低温处（远恒星处），因降温增加密度，在低温处下沉到星际云盘轴向引力中心区域；高温处星际云盘轴向引力中心区域的星际云流失后，由星际云盘轴向引力中心的低温方向（远恒星方向）的星际云流过来补充。星际云就形成了环流，成了一个环流体。

环流体的近恒星区是环流体的顶部，远恒星区是环流体的尾部，顶部与尾部之间是环流体的腰部。顶部中心到尾部中心是环流体的中心轴（环流体早期大多形不成中心轴，而以不规则的中心面呈现），环流体中心轴与光线平行。中心轴周围区域是环流体的中心轴区，环流体的边际区域是环流体的外层。

星际云环流内的气体持续地由顶部流向外层，再从外层流向尾部，从尾部外层又流向中心轴区，又从中心轴区回流到顶部。在环流体腰部中心轴区与外层之间，有一个气体不流动区域，它就是环流中心。这个环流中心很特别，是一个垂直于环流体中心轴的环形区域。

环流体以环流的形式将星际云绑固成一个整体绕恒星运动。但这种绑固并不是密闭容器，由于离恒星比尾部更远处温度更低 ，部分气体在环流体尾部逸流到了更远处。环流体尾逸量与其自身温度有关。温度高，尾逸量就大；温度低，尾逸量就小。冻结区与非冻结区的差别就更大。环流体尾逸量与环流体的成熟程度有关，环流体早期尾逸就特别大；当星胎形成，引力场增强后，尾逸大为减少。

4提丢斯-波得定律的物理意义

提丢斯-波得定律，也称提丢斯-波得定则。它由提丢斯发现，被波得归纳成一个经验公式，是关于太阳系中行星轨道的一个简单几何学规则。其物理意义至今不明。提丢斯-波得定律的具体表述为：

     a =(n+4)/ 10                                       （7）

其中：a，天文单位——太阳系行星到太阳的距离，n = 0,3,6,12,24,48,96……(n ≥ 3时，后一个数为前一个数的2倍)。

     太阳系行星的分布规律肯定与行星成星带的分布存在着必然联系。对这个定律公式稍做调整为：

          b = (m+4) / 10                                      （8）

其中：m = 0,2.25,4.5,9,18,36,72……(m ≥ 2.25时，后一个数为前一个数的2倍)，b，天文单位，或许，这就是太阳系行星成星带边界距日距离（m = 0除外）。如：距日0.85—1.3 天文单位的范围是地球成星带。每个行星的位置没在它成星带的正中，而是在近日边界的三分之一带宽处。如果星际云在成星带内均匀分布，每个成星带的星际云质量中心应在成星带中心稍远一点。依据机械能守恒定律，所形成得的星体也应在其成星带中心稍远一点处。但星际云环流体的尾逸使得部分星云物质从环流体的近日点进入，而又在远日点逸出，使得成星带星际云质量中心向近日点转移。每个行星成星带的远、近边界距点(m = 0)的距离都是翻倍的。

    宇宙中与距离平方成比例关系的物理量有两个：一个是引力（包括与之平衡的离心力）；另一个是恒星的辐射能量（包括由之决定的星际云的温度）。引力在恒-行系统与行-卫系统是一样的；而能量辐射只有恒星才能。提丢斯-波得定律的行星分布规律只出现太阳系行星中，而未出现在行-卫系统中。这说明，提丢斯-波得定律的物理意义很可能与恒星的辐射（或星际云的温度分布）有关。

如果把(m = 0)点看作光源点，对应m的值，成星带边界距光源距离d为b1 b2 b3 b4……对应绝对温度T为T1,T2,T3,T4……。依据星际云温度在空间上的分布公式（6), 则：

      T12/T22 = 4.5/2.25 = 2  T22/T32 = 9/4.5 = 2  T32/T42 = 18/9 = 2……（9,10,11）  即：

     T1/T2 = T2/T3 = T3/T4 = 2(1/2)                                 （12）

也就是说，成星带的近、远边界的绝对温度比是一个定值。这是提丢斯—波得定律的根本所在，是提丢斯—波得定律的物理意义。

理论分析时把太阳视作一个光源点，而太阳并不是一个点。离太阳远时误差小些，离太阳近了误差就太大了。所以，把(m = 0)点视作假想光源点，是对这个误差的校正。

5星际云环流体的演化与准星体的形成

行星形成前，恒星周围有一个分布不是很均匀的星际云盘。星际云密度大的地方率先形成了一些小的星际云环流，这些环流很不规则，但还是能成一个整体绕恒星运行。质心近恒星的星际云或星际云环流运行角速度大，远恒星的星际云或星际云环流运行角速度小。环流在运行中不断地与运行范围内的其它环流碰撞合并，并吸收着零散的星际云。星际云环流的这种扫盘使得环流体不断增大，引力场不断增强，环流体内星云物质不断密实。

星际云环流形成与发展受恒星辐射所形成的星际云温度差异驱使，星际云从环流体顶部流向外层后，将流向温度梯度大的，与光线平行的远恒星方向。这样就形成了环流锁定。环流锁定使得环流体中心轴始终与光线平行，环流体顶部正对光源，尾部正背光源。环流锁定使恒星辐射在环流体运行和发展中效率最大，环流更加稳固不断加强。

星际云由气体和宇宙尘埃构成，宇宙尘埃为颗粒物，悬浮在气体中。环流体中气体流速的差别很大，在环流体腰部与环流体中心轴垂直的环形区域，气体几乎不流动。环流体就像沙漠的大风堆沙丘那样，将宇宙尘埃集聚在那个环形区域。宇宙尘埃的集聚改善了引力场、强化了环流，也在为星体的形成做准备。

提丢斯-波得定律，不仅是关于太阳系中行星轨道的一个简单几何学规则和太阳系行星成星带的分布定律，它也是星际云环流体的运行状态定律——宇宙环境中，只要条件允许，星际云环流体的运行将保持标准环流状态。即星际云环流体顶部与尾部绝对温度比保持一个定值2

(1/2)。除环境条件限制外，环流体绝对温度比高了就缩轴（缩短环流体的轴长），低了就延轴。

星际云形成环流后，与主星环流锁定。绕主星旋转扫盘，吸纳轨道内星际云，使其质量、密度逐渐增大。随着环流体星云物质密度的增大，特别是颗粒物的集聚，它对辐射的遮挡越来越明显。环流体尾部受到的辐射减少 ，尾部温度也随之下降，环流体的绝对温度比上升，迫使环流体缩轴。进而使环流体内星云物质密度进一步增大，其对辐射的遮挡效果进一步提升，又使环流体绝对温度比上升。又迫使环流体缩轴。如此循环，环流体继续缩轴，体积逐渐缩小，密度逐渐增大。环流体密度的不断增大和颗粒物的物不断集聚，不断改善加强环流体的引力场。使其对星云物质的吸积作用逐渐加强，加快了星云物质向中心的集聚。

随着星际云环流的发展，星云物质，特别是固体颗粒物，不断地向环流中心集聚，在环流中心形成了一个与环流体中心轴垂直的环状固体星胎。并逐渐长大，直至长成一个类似球状中空（在环流体中心轴区有一个从顶部贯穿到尾部的孔——环流眼）的准星体。

这个准星体应该算是宇宙群星中的怪物了。它类似球状的星体，当中有一个贯通得孔；它的重物质集中、密度高的致密中心，并非是球体中心，而是球内一个环形区域；高速流动的气体将其包围，不过，这些外围的气体都是从准星体的顶部流向尾部，再从中心贯通的孔回流。它的顶部始终正对光源，毫不停歇地受着辐射的炙烤；它的尾部却终日不见一丝暖光，冰冷至极。其绝对温度比估计是地球大气环流的几倍到十几倍，环流体处于超强环流状态。并且，在类似球体上还有一个最方便于环流的环流眼，此时的环流强度无法想象。它的威力是地球大气环流形成的局地飓风、龙卷风不可比拟的。

这个准星体已具备了星体应有的引力场，此后的发展演化将以引力场主导了。准星体还比较疏松，受自身引力作用，将逐渐收缩，甚至是塌缩。准星体的收缩或塌缩可直接导致环流眼堵塞，而环流终止。环流终止标志着一个新星体的诞生。

6从环流成星论看太阳系的形成

太阳系是由绕一颗巨星旋转的星际云盘，在这颗巨星的光照下，形成了星际云环流。经过环流锁定、扫盘、缩轴集聚成星体，发展演化成太阳。太阳与星际云环流尾逸的星云物质、受太阳引力捕获的原始星云及部分巨星超新星爆发时的产物共同构成了太阳系的最初雏形。进一步发展，巨星成了白矮星，太阳成了主序星。

太阳系行星星际云盘在阳光照耀下，按等绝对温度比，分布了成星带。由于条件的不同，星际云环流各具特色。

水星、金星、地球、木星、土星和天王星成星带都形成了规则的星际云环流，最终都形成了完整的行星。它们分为两类：一类是非冻结区的类地星。环流带内温度高，环流体尾逸量大。部分气体逸流到下一环流带，最后，大部分逸流气体集结到冻结区凝结成液体或固体。另一类是冻结区的类木星。环流带内温度低，有些气体已凝结成液体或固体，环流体尾逸量小，还接纳了前面环流带逸流的气体。象木星个头那么大，就得益于接纳了许多前面环流体的尾逸气体。土星也在其后接纳了一些木星接纳不下的尾逸气体。

小行星带下临冻结区，相当部分的气体在这里冻结成液体或固体。使星际云环流的大量气体不能从环流体尾部回流；并且气体凝结放热，使环流体尾部温度升高。这些都使星际云环流处于超弱环流状态，不能持续。小行星带断断续续的环流，为木星成星带送去了大量的成星原料，自己却只能形成零碎星块群。

柯伊伯带受到的太阳辐射太弱了，太阳辐射失去了在星际云温度分布的主导地位。星际云气体的胀缩引起的温度降升已与太阳辐射势均力敌。星际云气体的膨胀运动因温度下降失去动力而终止，星际云环流处于极弱状态，不能形成稳定的环流，只能形成小星体块。

小行星带和柯伊伯带不同于其它成星带，它们是不利于形成规则星际云环流的一定区域。它们只与绝对温度有关，与绝对温度比无关，不受成星带边界限制。火星成星带就被小行星带占去了一部分，使火星小了一些。柯伊伯带距日约30—250天文单位，占据了两到三个成星带。冥王星实际在海王星的成星带内，由于受太阳辐射不足，未能与海王星一起形成大星体，而沦落成柯伊伯带成员。海王星小了许多。

在柯伊伯带以外，直到太阳系边际（以星际云是否绕太阳运行确定），受到的太阳辐射就更少了，几乎可以称为光顾不到的地方——原始星云带（奥尔特云）。在原始星云带，星际云稍膨胀温度就低于周围，稍收缩温度就高于周围，星际云的胀缩几乎不可能发生。阴冷寂静的星际云难以形成丝毫的环流，只能在一些扰动时形成很小的星渣。这些星渣混在星际云中，随其绕太阳旋转。由于个体太小，极易受其它天体的影响而脱离自己的轨道飞走。这些星渣主要由气体冰构成，飞到近日区域就成了彗星。

行星星际云环流的尾逸物质，一部分到了下一个行星成星带，一部分留在其周围绕其旋转，成了卫星星际云。行星不能发光，卫星星际云得不到主星的光辐射，只能在绕着主星旋转，时而这面朝太阳，时而那面朝太阳，还时而根本见不到太阳，间歇地得到一些太阳辐射。不可能形成规则的星际云环流，只能形成一些小型的星体——卫星.

太阳晚年将膨胀成红巨星，水星、金星、地球，甚至火星将被淹没。发光强度大增，木星变成热木星。奥尔特云在红巨星强光照耀下，形成一两颗大星体，大子恒星与红巨太阳构成父子双星系统。红巨太阳爆发将部分物质撒向周围，成为附近星体星际云盘的组成部分，自己变成白矮星。白矮星的质量不足以维持父子双星系统，最远的行星或移到子恒星星系，绕其逆行；较远的行星或独自进入银河系成“流浪行星”；较近的行星或继续留守。

1

---

[1] 作者简介：王洪臣 （1961~),男,学士,高工。            Author:WANG Hong-chen(1961~），male,bachelor,senior engineer.