太阳系起源之争的纷扰：重新审视太阳起源的理论

如果我们生活在几百年前，每天看见太阳从海平线上冉冉升起，而日出而作，日落而息，春夏秋冬，寒暑往复，我们除了感叹岁月的流逝，年华如春水，还会想想太阳系的“前世”如何，“往生”怎样吗？其实，我们根本不用担心没有这样的人。在古代，对星空和宇宙思考的人不少。有些人立足于阴阳往复和人间社会，杜撰出一个绚烂的天宫；有些人立足扬善除恶和个人修行，营造出一个西方极乐世界；还有些人立足于科学观测和合理推测，逼近了宇宙原来的本真。

从18世纪开始，天文望远镜已经发展到相当高的水平，为人们观测星空创造了良好的环境。但由于当时天文望远镜的分辨率问题，天文学家们看到星体的内部模糊不清，呈云雾状，所以统一称这些星体为星云。

星云

星云是什么？它是与已知的恒星、行星同类型的，还是完全不同的星体？这就是当时天文学家要努力克服的新课题。同样，星云概念的提出，也让天文学家都重新审视法国哲学家笛卡尔^[1]提出的有关太阳起源的“漩涡说”。“漩涡说”认为，在宇宙形成的初始状态，空间中到处弥漫着无序运动的微粒，它们在混沌中产生的漩涡，逐渐形成了太阳、其他恒星、行星及彗星等。那些围绕太阳的微粒形成漩涡，导致了太阳系的产生；而宇宙中所有恒星都是一个个漩涡的中心，形成了自己的恒星体系。这样，星云的发现，让天文学家们对笛卡尔的“漩涡说”有了不同的认识，并最终淘汰了“漩涡说”。

在思想意识上，到了18世纪中叶，科学家们对宇宙的认识，还停留在牛顿的机械主义唯物观的基础上。在牛顿看来，宇宙中所有星体之间的相互作用，都是通过彼此的引力进行的，各星体之间彼此孤立。但这样的话，牛顿就无法利用他的力学定律来解释行星运动的初速度从哪里来。为了使太阳系中各行星有序运行有一个更符合逻辑的解释，牛顿就认为行星运行的原初动力来自“上帝推了一把”。牛顿的这种自以为可以自圆其说的解释，把科学唯物主义带到了唯心主义的阴沟里去了。这种机械主义设计论思想，对坚持唯物主义的科学家来说，存在一个非常遗憾的缺失。之后科学家们想通过新的天文发现，给太阳系的起源一个真正属于科学的解释，从而解开那个遗憾的心结。

正是在这样的背景下，德国哲学家康德^[2]提出了“星云说”。

一般人对康德的了解，还是因为他是德国伟大的哲学家。康德在哲学上的地位，就相当于哥白尼在天文学上、伽利略在物理学上的地位一样，是哲学上的革命性人物。正因为康德在哲学上有这么大的贡献和地位，他在天文学上表露出来的光芒完全被哲学给掩盖了。

康德

莱布尼茨

1724年4月22日，康德出生在东普鲁士的首府科尼斯堡（现属于俄罗斯）的一个制马鞍匠家庭。康德的父母都是信仰新教的虔信派教徒。虔诚的宗教信仰家庭氛围，从小就对康德的精神世界产生深远的影响。八岁时康德开始接受学校教育。当时的东普鲁士学校，受人文主义思想的影响很深，提倡解放人的天性，反对宗教教条对人思想的束缚。这样的人文主义复兴思想氛围给康德的思想带来一股清风，让他对宗教、对人性有了全新的态度。甚至有人认为，那时的学校教育，让康德在思想上种下了反宗教的种子。1740年，康德进入科尼斯堡大学学习。我们现在无法得知康德当时到底是学什么专业的，但可以肯定的是康德经常去听哲学课，他在哲学上的系统思考就是从这个时候开始的。1748年，24岁的康德大学毕业，因为父亲在两年前已经去世，所以他只能自谋出路，养活自己。但因为康德无法在大学里谋得职位，只得到科尼斯堡附近的小城镇去谋取他在大学里就已经开始的家庭教师工作。在康德自己看来，当家庭教师是一件无比糟糕的事情，他觉得他自己不能胜任这个工作。但据他教过的学生回忆，康德当家庭教师还是非常负责任的，并不像他自己所形容得那么差。在当家庭教师期间，康德发表了生平第一本著作《论对活力的正确评价》一书。这本书主要针对法国哲学家笛卡尔、英国科学家牛顿和德国自然哲学家莱布尼茨^[3]提出的哲学与科学命题进行的反思，但这本书并没有带给康德什么影响。当5年的家庭教师生涯告一段落后，康德返回了家乡科尼斯堡，此后，他一辈子再也没有离开过家乡。返回家乡后，康德重返校园，并在1755年出版了《自然通史和天体论》一书；其后以论文《论火》获得硕士学位。此后，康德的人生就非常顺遂（事情合乎人愿，进展顺利），没有什么大起大落，更没有流离失所等不幸之事降临到他的头上。三个月后，康德获得大学私人助教的资格，开始教授哲学。在当时的德国，学生可以请私人助教帮助自己辅导功课。康德就在大学里从事这样的兼职工作，而且一干就是15年。由于康德的私人辅导效果较好，学生非常喜欢听他讲课，所以学生缴纳的听课费就成为他此后生活的主要来源，这些生活来源可以让康德衣食无忧。当然，康德在任助教期间，对哲学已经有系统的思考，并经常发表著作。康德一生思考的课题包罗万象，从自然科学到美学，从神学到巫术，应有尽有。但康德思考的主线非常明确，就是研究哲学，是从理性出发，还是从经验出发？这个贯穿他一生哲学研究主线的问题也成就了康德，因为他调和了长期以来哲学上理性派和经验派之间不可调和的混乱割据局面，使古典哲学成为统一的整体。

我们从康德的学习经历，依稀可以发现康德形成“星云说”的科学发展氛围与社会文化土壤。18世纪50年代，欧洲正处于激烈的社会变革时期，英国率先完成了资产阶级革命，而欧洲其他国家的革命风暴正在酝酿之中。在这样的文化氛围中，意识形态的斗争尤为惨烈。一批领衔科学发展的先锋分子，正在披荆斩棘，努力完成他们对未知世界的新探索，对原有旧秩序进行重构。在这样的环境下，像康德这样极为突出的知识分子，更容易冲破传统的意识形态框架，构建促进文化发展的新思想体系。在自然科学方面，思想的更替也非常显著。

有一些人质疑，康德是唯心主义者和不可知论者，怎么可能从纯科学理性的角度提出“星云说”？其实，从哲学的角度来看，康德确实是一位唯心主义和不可知论者，但是这是后期的康德“成熟”的哲学思想，康德提出“星云说”时才31岁，具有朴素的唯物主义和辩证法思想，在认识论上虽然也有些怀疑论的存在，但主要还是体现出唯物主义思想。这种思想，是康德继承了古希腊唯物主义哲学家伊壁鸠鲁、德谟克利特，并吸收笛卡尔、牛顿、莱布尼茨等人自然哲学思想的结果。当然，康德的“星云说”并非完全脱离实践的纯理论猜想，而是基于当时最前沿的天文学发现。1750年，英国数学家和天文学家赖特^[4]提出，银河系是扁平的，那些在望远镜中出现的微弱的星云，很可能就是遥远的星系。而康德根据赖特的论述，进一步推论指出，“这个被无数太阳（指恒星）所照耀的区域（指银河系），准确地来说是一个非常巨大的圆，所以我深信，我们的太阳必然同样是在这个巨大平面上的”。也就是说，康德认为银河系中的天体组成一个巨大的扁平天体系统。康德还认为，当时用天文望远镜所观测到的椭圆形的星云，正是和银河系一样的巨大恒星系统，只因为我们是从侧面的角度去看，就像一个发亮的椭圆形星系。

赖特

此外，康德的“星云说”充分利用牛顿的万有引力理论，使其更具有严密的逻辑性。在康德看来，宇宙形成之初，空间中充满了细小的物质微粒，它们的密度很小。但它们在万有引力的作用下不停地运动，并且聚集起来，越聚越多，聚集成团后的物质密度越来越大。

1755年，康德在其出版的《自然通史和天体论》一书中，首先提出了有关太阳系起源的“星云说”。康德认为，太阳系是由一团星云演变来的，这团星云由大小不相同的固体微粒构成。星云是在天体吸引力最强的地方开始形成的，因为引力使微粒相互接近，大微粒吸引小微粒，从而形成了较大的团块，当团块越来越大时，引力最强的中心部分就吸引更多的微粒，从而首先形成了太阳。而外面的微粒运动在太阳的吸引下，向中心体下落，但由于受到其他微粒的碰撞而改变了方向，开始绕太阳作圆周运动。这些绕太阳运转的微粒逐渐形成几个引力中心，最后都凝聚成绕太阳运转的行星。但康德的“星云说”是从星云开始来描述太阳系的产生，并没有探讨原始星云是怎么来的。康德也认为，原始星云肯定不是宇宙的起点，原始星云也是由其他物质形态演化而来的。在这里，康德的演化思想得到充分的体现，确实难能可贵。

1755年的康德名不见经传，《自然通史和天体论》又是匿名出版的，所以并没有引起人们的注意，此书一出版很快就销声匿迹了。到了1796年，法国著名的数学家和天文学家拉普拉斯^[5]经过独立思考，出版了影响力非常大的《宇宙系统论》，其中提出了一个与康德“星云说”非常类似的假说，人们才开始记起康德曾经出版过的《自然通史和天体论》。其后的1799年，康德的《自然通史和天体论》再版，那时的康德也已经成为名满天下的哲学大师，“星云说”才被广泛流传开来。后来，人们就将两人研究的成果称为“康德·拉普拉斯星云说”。

星云说

拉普拉斯

拉普拉斯提出的“星云说”，在他发表的《宇宙系统论》一书里的第7个附录中，是在讨论太阳系的奇特现象时提出的。拉普拉斯认为，太阳系奇特的现象包括近圆性，即行星公转轨道都是接近正圆的；共面性，即行星的公转轨道几乎都在一个平面上；同向性，即行星绕太阳转动的方向都是相同的，这就是太阳自转的方向。

为什么太阳系有如此奇特的现象？拉普拉斯认为，这是因为太阳系原本是由一个庞大而旋转的炽热气体星云演化而来的。星云在冷却过程中开始收缩，自转加速，离心力增大，最后重力和离心力平衡时，又抛出了气环，每一个气环最后都凝聚成一个行星，而中心就是太阳。

如果比较康德和拉普拉斯的“星云说”，它们在内容上并不相同，这是因为拉普拉斯根本就不知道康德已经提出了“星云说”。但他们对太阳系起源的基本思想是高度一致的。

“康德·拉普拉斯星云说”非常合理地解释了太阳系中各行星的运动特征，所以很快就获得天文学家们的赞同。

在19世纪末到20世纪40年代初的半个多世纪里，关于太阳系起源的灾变说逐渐流行起来。

早在1745年，法国博物学家布丰^[6]就提出了“灾变说”。布丰是法国一个领主的儿子。作为贵族子弟，他终生衣食无忧，从而能专心致志地做好他感兴趣的学问，以至于1749年至1788年期间，布丰出版了共36册卷帙（zhì）浩繁的《自然史》。布丰曾从牛顿的著作中了解到，1680年正好有一颗大彗星经过太阳附近，当时这颗彗星经过时只距离太阳23万公里，是从太阳的日冕层中穿过的。这个信息给了布丰很大的启发。在布丰看来，在过去漫长的岁月中，肯定有彗星靠近撞击太阳的情况。所以布丰认为，太阳比行星先形成，当太阳形成后，恰好有彗星撞击了太阳，结果太阳被撞得旋转起来，同时也从太阳上碰出了一些物质，这些物质一部分又落回到太阳，另一部分则绕太阳公转，形成了行星和它们的卫星。布丰的“灾变说”刚刚一提出，就得到许多天文学家的积极响应。但是，这种学说与上帝创造自然万物的教条是相违背的，布丰在宗教势力强大的压力下，不得不“妥协”，并在1751年放弃了这个想法。很快，天文学家们就获知，虽然彗星体积庞大，但质量很小，即便它真的与太阳相撞了，也不会撞出足够大的物质来形成行星。

布丰

在《地球理论的证据》一书中，布丰讨论了太阳系的起源，猜测这些行星是由彗星与太阳的碰撞造成的

布丰的“灾变说”虽然没能流行，但它把太阳系的形成与太阳周围发生的“灾变事件”联系起来，这种思想在20世纪初得到复兴。1900年，美国地质学家张伯伦^[7]提出了“星子说”。到了1905年，张伯伦又和美国天文学家莫尔顿^[8]合作，对自己的“星子说”进行了修正。他们认为，许久之前，有一颗恒星运行到离太阳只有几百万公里处，由于引力的作用，它在太阳的正反两面掀起两股巨大的“潮”。从太阳正反两面抛出的物质（形成的“潮”），逐渐汇合成一个围绕太阳的圆盘状气团，然后冷却凝聚成许多固态质点，再集聚成固态块，这就是“星子”，它们最后聚合成行星和卫星。张伯伦和莫尔顿还利用“抛出物质形成的行星角动量^[9]比太阳角动量大”这个证据，来说明太阳系角动量的特殊分布特征。现在看来，这种“星子说”的前半部分属于“灾变说”，但后半部分实际上是“星云说”。

星子说

1916年，英国天文学家金斯^[10]提出了著名的“潮汐说”。金斯假定，在许久之前，有一个质量比太阳还大的恒星接近太阳。在巨大的引力作用下，太阳表面产生了潮汐隆起物，形状如梨。隆起物相当大，在恒星的引力作用下逐渐脱离太阳，形成一个朝向恒星的雪茄烟形的长条，绕着太阳旋转。气体在逐渐降温的过程中分裂成几个巨大的气块并凝聚，形成了绕太阳公转的行星。这个学说后来被人通过理论计算所否定，因为在银河系中两颗恒星相遇的几率微乎其微，而且这样拉出的物质也不足以形成行星。

1929年，英国地球物理学家杰弗里斯^[11]提出了“碰撞说”。“碰撞说”是为了解释金斯“潮汐说”中“拉出的物质不足以形成行星”的疑惑提出的。杰弗里斯认为，巨大的恒星不是靠近太阳，而是直接斜撞向太阳，斜撞的结果使太阳自转起来，同时撞出来的那块物质也会自转。这样，撞下的物质也就足够形成行星了。然而，人们发现这种恒星与恒星相碰撞的几率更小。(www.xing528.com)

金斯

杰弗里斯

1935年，美国天文学家罗素^[12]经过计算后指出，如果一颗大恒星真得像金斯所说的那样靠近太阳，在它离去后，它所拉出的物质一部分将落回太阳，另一部分会扩散到空间中去，而不会形成行星。罗素通过理论计算，否定了金斯的“潮汐说”。但为了挽救“灾变说”陷入的困境，罗素提出了“双星说”。罗素认为，在遥远的从前，太阳是双子星中的一颗，由于另一颗子星被靠近它们的第三个大恒星的引力给“吸走”了；吸走时，因受到太阳的“起潮力”的作用，从而留下了一长条物质，这些物质后来就形成了太阳周围的行星系。很显然，罗素假定的情况发生的几率与金斯的“潮汐说”和杰弗里斯的“撞击说”一样微乎其微。

1944年，英国天文学家霍伊尔^[13]提出了“新星说”。霍伊尔认同罗素的“太阳原来是双星中的一个子星”的说法，但与罗素观点不同的是，他认为另一个子星并非被大恒星给“吸走了”，而是发生了爆发成为超新星；当这颗爆发的子星朝太阳方向抛射出大量的物质时，其强大的反冲力使它离开了太阳；但它抛出的一部分物质还是被太阳所俘获，后来形成了行星系统。由于超新星爆发时会产生许多重元素，这种“新星说”较好地解释了地球等行星上重元素的来源。

霍伊尔

罗素

到了20世纪，“星云说”随着最新的天文观测资料的发现而又被天文学家重新提起，只是这时的“星云说”还是不同于“康德·拉普拉斯星云说”，它被称为“新星云说”。这个学说不仅完美地解释了太阳系角动量的特殊分布问题，而且还着重研究了原始星云的特性、星云盘的结构和行星在星云盘中的形成过程。

此时的“星云说”发展成几十种说法，这些说法大致可以分为两大类：一类认为在整个太阳系形成的过程中，太阳形成后通过从恒星际空间俘获物质而演变成太阳系，这类“星云说”就被称为“俘获说”；一类则认为整个太阳系中的所有天体都是由同一个星云形成的，这类“星云说”被称为“共同形成说”。有代表性的“俘获说”是1944年由苏联地球物理学家施密特^[14]提出的陨星学说。施密特认为，太阳比行星先形成。在几十亿年前，太阳在银河系空间运动时，与一个星际物质云相遇，并穿过这个云，俘获了一部分云物质。当太阳从星际云中走出来时，它所俘获的物质便被它带走了，形成了一个围绕太阳旋转的尘粒和气体的星云盘，然后在盘内形成行星和卫星。因为星际云比恒星大得多，所以太阳与星际云相遇的机会就会比与恒星相遇的机会多。但即便如此，有科学家通过分析计算发现，太阳与星际云相遇时俘获的物质还是不足以形成行星。1953年，施密特自己也承认，要使太阳遇到星际云并俘获到足够多的物质来形成行星，这种可能性是极小的。有代表性的“共同形成说”有瑞典科学家、1970年的诺贝尔物理学奖获得者阿尔文^[15]的“电磁说”，德国物理学家魏茨泽克^[16]的“漩涡说”，以及荷兰裔美国籍天文学家柯伊伯^[17]的“原行星说”。

到如今，太阳系起源的“星云说”与“灾变说”之间的争论尚未平息。按目前双方所掌握的证据，两者势均力敌，一方很难有强大的证据来证实自己的学说就是正确的，从而否定对方的观点。这就是对宇宙、太阳系等起源研究的现状，目前可能是多种科学假说并存，甚至共存的科学假说之间，有些观点是相互对立的。但对太阳系起源的研究，最大的特征是，随着科技水平的发展，特别是人类探测太空技术的迅速发展，人类通过红外天文卫星，发现了许多新证据，如织女星周围有星石盘。这些事实告诉我们，太阳系的“双子星”甚至“多子星”的说法并非空穴来风，可能太阳系真的存在许多“兄弟姐妹”。

但公说公有理，婆说婆有理，我们只能等待天文学家们发现更多的证据，使这些纷繁复杂的太阳系起源学说趋于某个稳定的观点。

【注释】

[1]勒内·笛卡尔（Rene Descartes，1596～1650）是法国著名的哲学家、物理学家和数学家。可参阅《变化的世界》一书中的《笛卡尔对惯性定律的贡献》一文。

[2]伊曼纽尔·康德（Immanuel Kant，1724～1804）是德国哲学家、天文学家，是星云说的创立者之一，是德国古典哲学的创始人，德国古典美学的奠定者。哲学方面最著名的代表作是《纯粹理性批判》《实践理性批判》和《判断力批判》。

[3]戈特弗里德·威廉·莱布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz，1646～1716）是德国著名的哲学家、数学家，也是历史上少见的通才，被誉为17世纪的亚里士多德。在数学上，莱布尼茨和牛顿先后独立发明了微积分，而且他所使用的微积分的数学符号被更广泛地使用；还对二进制的发展做出了贡献。在哲学上，莱布尼茨的乐观主义最为著名。此外，莱布尼茨在政治学、法学、伦理学、神学、历史学、语言学诸多方向都留下了著作。

[4]托马斯·赖特（Thomas Wright，1711～1786）是英国数学家和天文学家，也是仪器制造商、建筑师和花园设计师。

[5]拉普拉斯（Laplace，1749～1827）是法国分析学家、概率论学家和物理学家。拉普拉斯在科学上的主要贡献有：提出了拉普拉斯定理，建立了拉普拉斯方程，提出了行星起源的星云假说。同时长期从事天体力学研究，被誉为“法国的牛顿”和“天体力学之父”。

[6]布丰（Bufon，1707～1788）是法国博物学家、数学家、宇宙学家和百科全书式学者，是早期的进化论者。

[7]托马斯·查罗德·张伯伦（Thomas Chrowder Chamberlin，1843～1928）是美国地质学家。

[8]福雷斯特·雷·莫尔顿（Forest Ray Moulton，1872～1952）是美国天文学家。出生于密歇根州的勒罗伊，并在阿尔比恩学院接受教育。在二十世纪的头十年里，他发现一些额外的小卫星在木星周围的轨道上。莫尔顿博士提出，这些实际上是引力捕获的星子。这个理论当时在天文学家中被广泛接受。

[9]角动量在物理学中是和物体到原点的位移和动量相关的物理量。它表征质点矢径扫过面积速度的大小，或刚体定轴转动的剧烈程度。

[10]詹姆斯·霍普伍德·金斯（James Hopwood Jeans，1877～1946）是英国物理学家、天文学家和数学家。

[11]哈罗德·杰弗里斯（Harold Jeffreys，1891～1989）是英国数学家、统计学家、地球物理学家和天文学家。

[12]亨利·诺里斯·罗素（Henry Norris Russell，1877～1957）是美国天文学家。

[13]弗雷德·霍伊尔（Fred Hoyle，1915～2001）是英国天文学家。

[14]奥托·施密特（Otto Schmidt，1891～1956）是苏联地球物理学家、数学家、天文学家和政治家。

[15]汉斯·阿尔文（Hannes Alfvén，1908～1995）是瑞典电气工程师、等离子体物理学家，他于1970年获得诺贝尔物理学奖。

[16]卡尔·弗里德里希·冯·魏茨泽克（Carl Friedrich vonWeizsäcker，1912～2007）是德国物理学家和哲学家。

[17]杰拉德·柯伊伯（Gerard Kuiper，1905～1973）是荷兰裔美国籍天文学家，提出在太阳系边缘存在一个由冰物质运行的带状区域，后被命名为“柯伊伯带”。