地球是怎样形成的？

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地球是怎样形成的？

灵之亡灵肆

太阳系有八大行星，它们就像八大音符一样围绕着太阳旋转，而它们井然有序的样子就像在弹奏一首美妙的交响乐。
不过，当我们去认识每颗行星时，你就会发现这些行星一点也不美妙，至少对于生命而言，它们的环境是十分可怕的。




它们要么太热，要么没有大气层，要么直接是庞大的气态巨行星，只有地球——一颗蓝色的太阳系行星，它的一切都那么适中，最终孕育了生命。
然而，地球的环境并非一直都是如此的适中，它曾经也非常“狂暴”，充满风险。
那么，地球是如何形成的呢？为什么它会在这些行星中“脱颖而出”，成为生命的摇篮呢？




这种图片很好描述了太阳系的早期，图源：NASA/JPL-Caltech
地球如何形成的？
虽然我们无法亲眼看到太阳系的形成，但现在有大量的证据，以及大量的计算机模拟实验表明，地球和其它太阳系行星一样是由太阳系早期尘埃和气体混合形成的。
大约在46亿年前，我们的太阳系只是一片被称为太阳星云的尘埃和气体云的区域，它可能受到外力的干扰（比如附近的超新星），也可能是自身的演变，最终导致这些尘埃和气体云开始旋转。




在重力的作用下中心开始坍缩，物质凝结在一起，当它变得越来越大时，强大的压力让核聚变发生，早期的太阳就此出现。
太阳把太阳系中大部分物质收入囊中，但还是有小部分——大约0.2%的物质依然保持旋转，只是这时候它们有了一个中心点——太阳。
这些物质的大小和速度都略有不同，速度的不同让这些早期的物质相互碰撞并粘合在一起。




最终，它们从微小的尘埃颗粒变成石块，变成巨石，然后变成更大的“小行星”。
“小行星”的质量足够大，它的引力可以影响周围的尘埃和气体，这导致越来越多的物质凝聚在一起，“小行星”也越来越大，早期的行星开始出现。
在太阳系的早期，八大行星轨道内拥有许多大小不一的“小行星”，不过有一点和现在是一样的，那就是靠近太阳的这些行星都是岩石行星，远离太阳的则是岩石核心的气态巨行星，这是因为强劲的太阳风让靠近太阳的行星无法保持更多气体。




月球的形成或是因为早期碰撞产生的，NASA/JPL-Cal
在太阳系早期，行星们一点也不“井然有序”，它们相互碰撞和袭击，其中月球的形成很可能就是一颗现在火星般大小的“小行星”和早期地球碰撞导致的。
当太阳系开始稳定下来，地球和另外七大行星，以及其它的太阳系天体也就成型了，而地球在这个早期的物质“争夺战”中，成为最大的岩石行星。




那么，为什么现在的科学家会讲出这样一个太阳系形成的故事呢？
其实，关键的证据是陨石。陨石通过各种方式被带到地球，它们中的一部分携带着太阳系早期的信息。




当太阳系稳定下来后，太阳系的故事转向了行星自身的演化，虽然所有的行星在早期都经历了相似的过程，但是它们自身的演化却各不相同，最终导致只有地球拥有生命。
早期的地球环境非常恶劣
早期的地球也一点不“适中”，事实上它非常的炎热，热到地球上所有的物质都是熔融状态。有几个因素造成早期地球的炎热：




图注：早期地球和现代地球的对比
第一部分是来自引力收缩。
随着小块岩石和金属的吸积，早期地球变得越来越大，越来越重，与此同时也就越来越热。
这是因为，地球内部在重力的作用下压力变得越来越大，这个过程会产生热量，就像我们现在挤压气体会产生热量一样。
第二部分是来自放射性衰变。
在地球历史的早期，有许多半衰期短的放射性元素，这些元素很久以前就衰变成了稳定的材料，但它们一开始释放出大量的热量，并给地球加热。




第三部分就是撞击。
就像我们前面说的，太阳系的早期是一个不稳定的系统，小行星的撞击非常普遍，现在的研究表明，地球在最初的 5亿年中遭受了非常猛烈的撞击。
这种撞击产生了“巨额”的热量，也在不停地加热地球。
在这“三把火”的加持下，早期的地球一切都是熔化的，不过这种状态让地球拥有了改变自己的第一次机会。




在熔融状态下，地球上较重的物质沉入了核心，而较轻的物质“漂浮”到表面，这形成了地球现在的结构：地核、地幔、地壳。
至于为什么说这种结构彻底改变地球，原因就在于它可以维持大气层了。
众所周知，现在的地球拥有大气层要归功于它的磁场，磁场阻挡了太阳风，而磁场则是来自于早期地球收集来的材料——镍铁熔化并沉入核心。




由于早期地球被太阳风“摧残”得比较厉害，所以它的大气层是自己拥有磁场后才逐渐产生的，这发生在地球逐渐冷却后。
火山喷发，以及彗星的撞击让地球拥有了早期大气层，这是一个以水蒸气、二氧化碳为主的早期大气层。
当地球再次冷却——水能够以液态形式存在于地表的时候，地球开始下雨，由于地球很热不停地将水蒸发，所以这是一场持续时间很长的雨。
最终海洋形成，地球的命运迎来彻底改变，生命在水中出现。




最后：为什么只有地球有生命？
有一些科学家提出了宜居带的概念（现在这个概念已被广为接受），在宜居带中的行星可以拥有液态水，这是生命所必需的。
地球正好占据了太阳系绝佳好位置，在它的轨道上，无论是近日点还是远日点都处在了这样的宜居带中，这是它出现生命的必要条件。
可是为什么同在宜居带中的火星，却一片死寂呢？




图注：宜居带中的地球和火星
原因就在于火星的大气极为稀薄，而造成这种局面的“罪魁祸首”就是磁场，火星在某个阶段失去了磁场，太阳风让它再也无法保持足够的大气，以及液态水。
火星的自转速度和地球差不多，同时考虑到它们彼此的形成也大同小异，所以火星失去磁场耐人寻味，有些科学家认为这可能是因为火星“个头”太小了的缘故，这让它的核心更快地冷却了。
而地球则是那个自转速度刚刚好，轨道刚刚好，“个头”也刚刚好的太阳系行星，最终这里有了这么多姿多彩的生命和我们。

原文链接：地球是如何形成的？早期地球经历了什么，才让它成为生命的摇篮？

美少女994

这个故事得从头开始讲。
宇宙的最初状态是奇点。这个初始状态只有足球大小，但温度极高，密度极大，这就是宇宙扩张的起点。
一个膨胀中的宇宙形成了，温度极高，混戳的等离子体急速膨胀。就好像爆炸一般。爆炸能量相当于100兆个太阳的能量。从此，有了时间和空间。
大爆炸10^-43秒   普朗克时期。物质和反物质之间的平衡被打破，物质占了上风，辐射温度急剧下降。
大爆炸10^-39秒   电弱时期，即统一时期，该阶段充斥着夸克和反夸克。
大爆炸10^-11秒   弱力与电磁力分离。
大爆炸10^-5秒   夸克时期，即强子和轻子时期。夸克转变为质子、中子、介子和重子，伽马射线合成正负电子对。此时温度攀升到1000亿摄氏度。
大爆炸0.01秒   原子诞生时代。质子与中子结合成氢核、氦核、锂核和氚核。宇宙温度此时降到10亿摄氏度。
大爆炸开始后三分钟   射线时期。此时，能量与物之间关系紧密。
大爆炸开始后三十万年   能量与物质分离。原本不透光的宇宙变得透明，辐射充斥宇宙，此时，温度降到3000摄氏度。轻原子核捕获运动速度慢的电子，形成原子。最早形成的仅包括氢原子，以及四个氢原子组成的氦原子。宇宙此时已经扩张到10^20公里（相当于一千万光年）。
大爆炸开始后100万年   黑暗时期。由于宇宙在膨胀，宇宙辐射温度降低，于是，宇宙显得很黑暗。
大爆炸开始后2.8亿年   各种基础结构形成时期。物质团形成类星体、星体和星团，就是在这里，特别是当氦在形体中心燃烧时，合成了碳、氧、硅、镁、铁等重原子核。大质量恒星爆炸并变为超新星，超新星将质量较重的元素传给下一代恒星。
大爆炸开始后7亿年   最早的星系开始形成。星系本来呈碟状，其中有些被拉长为椭圆形。各种各样的恒星诞生、成长。包括褐矮星、类日恒星、白巨星、蓝超巨星、超红巨星、脉冲星、双星系统等。这些恒星的最终宿命是死亡——塌缩成超新星、金属块或是黑洞。
大爆炸开始后13亿年   原始气体和死亡恒星的残骸组成了一片星云。在这片星云的基础上，银河系形成了，并不断碰撞、吞并其他恒星群。接下来诞生的几代恒星中间，早期的各个恒星系统及其行星逐渐成型。
大爆炸开始后70亿年   暗能量促使宇宙加速膨胀。
大爆炸开始后87亿年   银河系与另一星系碰撞，在此机缘下，我们所熟悉的太阳系形成了。一团晦暗的星云脱离外层物质，开始缩聚，逐渐形成最初的太阳。外层物质形成的尘埃环逐渐冷却，形成了冰块、岩块，之后则形成了环状物、小行星云团，以及九大行星——类地行星或是巨大的气体行星，它们中有的拥有卫星和大气层。
大爆炸开始后92亿年   星云中心温度达到100万摄氏度——太阳开始燃烧。
<hr/>46亿年前   地球成型。当时地球大小和火星相当。很快地球的原始大气释放并逸入太空，它的成分是氢气和氦气。接下来的6亿年间，大量微行星不断撞击地球并被地球吸收，让地球的直径扩大到1.2万公里。
地球侥幸避过了一颗原行星的正面撞击。但那颗行星的引力使大量物质脱离地球，在地球周围形成一条环带，并逐渐稳定下来。地月系统成型。
46亿——42亿年前   在微行星的冲击下，能量得到释放。在地球内部放射性元素衰变以及太阳辐射增强的作用下，年轻的地球温度升高。
一个液态金属核从粘稠的地幔中分离出来。随着地球的自转，地幔的组成物质开始围绕金属核旋转，从而生成了具有保护作用的地球磁场，很快，随着地幔内物质的旋流，该运动又触发了大陆漂移。
地壳很薄，主要成分为硅酸盐，并不停地受到冰陨石的撞击。这些陨石携带的气体和持续火山活动喷出地幔的蒸汽一起形成了新的大气。这时的大气除了70%的水蒸气，主要由氢硫酸、甲烷、氨和二氧化炭构成。游离氧气此时根本就不存在。这颗行星暴露在强辐射下，并伴随着强烈飓风和严重的温室效应作用。
42亿——40亿年前   原实验室地壳成型。当时它还很脆弱，经常遭受各种冲击。强烈的火山运动将熔岩、气体和蒸汽带到地表。
行星的地表温度降到了100摄氏度左右，暴雨倾盆，伴随着第一篇原始海洋的生成，地球水圈出现了。随着水循环的启动，年轻的地壳很快受到侵蚀，早期沉积层开始形成。
41亿年前   位于加拿大的片麻岩岩带形成。这是已知最古老的岩石。
40亿年前   随着海平面升高，受海洋压力作用以及越来越激烈的地幔运动的影响，大陆开始分裂成几个板块。这就是原始大陆的形成。地球北部岩浆流的旋转运动激活了板块运动机制。
35亿年前   地球磁场的存在使得已知最古老的岩石磁化。
故事讲完了。

比尔992

地球是在太阳系外形成的，在距今5.7年左右被太阳捕获，成为太阳系的行星，产生了自转与公转，地球开始有了阳光，生物爆发式出现，冰川融化，地质时期进入显生宙。
关于地球的形成有两大学派：一是在太阳系内形成——系内成因学派；另一学派是地球在太阳系外形成的，然后被太阳捕获——系外成因学派。

琳271

地球是因为木星在44亿年前摧毁了所有的“超级地球”通过尘埃和陨石相互挤压和碰撞形成的，所以地球的形成很大归功于木星。