科普 》 宇宙、地球和生命的进化：时间的1000个瞬间   》 第30节：二、太阳系形成(8)      林为民 Lin Weimin

　　天文学家们还研究了行星的平均密度，发现它们的变动范围很大。这种变动一部分是由于在行星自己的重力场里由不同的自身压缩所造成，但也可看出，即使消除了这些效应，在某一共同的平均压力下，行星的密度仍将有很大的不同。密度的这些差别，意味着行星的化学成分也有相应的差别。天体化学的基本问题之一，就是试图说明化学上形成这些差别的性质和原因。解决了这个问题，将有助于弄清楚行星形成的化学过程。
　　天体化学家们首先考察的是外行星（类木行星）与内行星（类地行星）的比较，后者的密度大于前者。这是由于外行星主要由"气体"和"冰"组成，而内行星则大部分由"岩石"成分组成的结果。一般说来，根据母星云中的温度分布就可以理解这一点。在类地行星区域里温度相当高（在0℃以上），以致"冰"也不凝聚，因此，这些行星由非挥发性的"岩石"成分所组成。在外行星区域里温度相当低，使冰能够凝聚，被吸积形成相当于几个地球质量的大的行星核。以木星和土星来说，这些行星核的重力场强大到足以吸进气态的氢和氦，所以这些行星更接近于太阳的组成。天王星和海王星也被积聚成大行星，主要由冰组成，但不像木星和土星那样吸进那么多的氢和氦。就类地行星而言，当减到一个共同压力时，密度还是有很大差别，这表明类地行星在化学组成上也有很大差别。这些行星是从星云的相对不挥发的"岩石"成分所形成的，可是星云一开始的时候在化学成分上是匀质的，后来这部分相对不挥发的物质是怎样分化的呢？ 根据远距离对各个行星的观测结果，可以认为大多数行星都有的铁、硅、镁、钙、铝等金属的相对丰度是相同的，太阳和原始球粒陨石里的这些元素的丰度也是一样的。大多数类地行星之间密度差别的起因，不是相对的金属丰度的变动，而是行星里氧的量的变动，也就是氧化还原状态的变动。
　　怎么会造成氧化还原状态的这些变动呢？在一个冷的太阳星云里，尘埃颗粒在很多方面都像上面那个碳质球粒陨石的物质，这种陨石含有被氧化了的铁和复杂的含碳化合物。吸积了这种物质的原始行星，在吸积期间发生了自动还原作用，就像高炉炼铁那样，碳同氧化铁反应产生了金属铁，这样就直接形成了行星。由于能源不同以及运动条件的制约，所有行星都不会以同等程度进行还原过程。氧化还原状态的变动能够造成行星间密度的差别，在这点上，处于完全氧化态的原始碳质球粒陨石物质，当氧化态的镍和铁被还原成金属时，由于系统里失去了氧，密度就增大了；当铁完全被还原时，行星密度将增高很多。进一步还原时，硅酸盐分解成元素硅并与金属铁结合成为硅铁；当硅酸盐被还原时，密度增大得更快了；当原始行星里硅总量的40%被还原时，相当于20%的硅参与形成硅铁。



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【资料来源】内蒙古人民出版社
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