蒸汽凝聚過熱

假定具有宇宙豐度的均勻太陽星云最初溫度很高，其中的物質(zhì)完全處于氣體狀態(tài)。伴隨星云冷卻，元素按其化合物或自身的難熔程度依次凝聚。

在拉里莫(J.W.Larimer)和安德斯(E. Anders)的熱凝聚模型中，討論了兩種極端情況:

①快冷卻，各種物質(zhì)隨溫度降低而依次凝聚，固相與氣相之間沒有擴散平衡，是純元素和化合物的凝聚;

②慢冷卻，凝聚物之間以及氣體-凝聚物之間完全擴散平衡，可形成合金和固熔體。實際凝聚情況介于快冷卻和慢冷卻之間。

按溫度降低順序，太陽星云的化學演化可劃分為幾個階段:

①難熔物的凝聚和分餾;

②金屬-硅酸鹽分餾;

③揮發(fā)物分餾，各種隕石中揮發(fā)成分的差異反映它們形成前溫度、壓力的不同。

巴謝(S.S.Barshay)和劉易斯(J.S.Lewis)用化學熱力學原理研究了星云凝聚過程中的化學反應和行星的化學成分，討論了氣體凝聚過程的兩種極端情況:

①平衡凝聚模型，溫度下降緩慢，氣體與疑聚物之間以及凝聚物之間在熱力學平衡條件下發(fā)生反應，凝聚物成分只同當時星云的溫度、壓力及化學成分(或者說是熱力學的"態(tài)函數(shù)")有關(guān)，而同過去的熱歷史無關(guān);

②非平衡凝聚模型，冷卻凝聚進行得很快，氣體與凝聚物之間，甚至凝聚物之間不發(fā)生反應，凝聚物依次很快地被吸積到星體上，導致星體上形成由不同凝聚物構(gòu)成的洋蔥狀層次結(jié)構(gòu)。

兩種模型的凝聚過程和生成物不同。一般認為，難熔物可能是平衡凝聚產(chǎn)物，大多數(shù)揮發(fā)物是非平衡凝聚產(chǎn)物。平衡凝聚模型能較好地說明類地行星的密度和化學成分。 表示太陽星云的一些平衡凝聚物的穩(wěn)定范圍。圖中各曲線間的區(qū)域表示相應凝聚物的穩(wěn)定范圍,曲線旁的符號代表相應的凝聚物:W曲線之上為氣相區(qū);W為高溫難熔物;CaTiO3為鈣鈦礦和其他難熔氧化物(包括Al、Ca、Ti、V、稀土、U和Th的化合物);Fe為鐵及 Fe-Ni合金，右上三角區(qū)是熔融鐵的穩(wěn)定范圍;冰為水冰、NH3冰和 CH4冰。絕熱線為卡梅倫星云模型的溫度和壓力分布，絕熱線上也標出了各行星形成區(qū)的溫度和壓力范圍。水星形成于較高溫度區(qū)，主要由難熔金屬礦物、Fe-Ni合金和少量頑火輝石組成，因而密度大;金星不但吸積類似于組成水星的物質(zhì)，還吸積頑輝石和許多鉀鈉硅酸鹽礦物，但不含硫和水;地球吸積大量透閃石、一些含水硅酸鹽，以及金屬鐵、氧化鐵和硫化鐵;火星吸積大量含水硅酸鹽、氧化鐵和硫化鐵;小行星可由各種巖石礦物組成，但不含有冰;小行星區(qū)以外的外行星主要吸積氣體(冥王星可能除外)、冰物質(zhì)和一些巖石物質(zhì)，它們的大氣可用非平衡凝聚模型解釋，但對于行星本身還不能肯定哪種凝聚模型更適用。

伍德(J.A.Wood)用化學熱力學原理研究了太陽星云冷卻過程中的礦物平衡凝聚序列。圖中標出了各天體的吸積溫度:水星約1400K，金星約900K，地球約600K，火星約450K，小行星及碳質(zhì)球粒隕石約300K，木星的衛(wèi)星約200K。

克萊頓(D. D.Clayton)認為太陽星云為冷的恒星氣體和塵埃，直接聚集形成太陽系天體。星際介質(zhì)中的塵埃有 3種來源:超新星爆發(fā)拋出的熱凝聚物;巨恒星拋出的熱凝聚物;冷星云中的非熱結(jié)合物。星際物質(zhì)("前凝聚物")中存在化學和同位素分餾。它的主要特征是:超新星熱凝聚物富含難熔的Ca、Al和Ti氧化物,巨恒星熱凝聚物富含s過程核素(見元素起源)，星際氣體中含Ca、Al和Ti較少,O主要在冷區(qū)凝聚為H2O,冷星云中的非熱凝聚物富含揮發(fā)物。這種分餾是決定太陽星云初始組成的關(guān)鍵因素。在溫暖的太陽星云盤中，只有非熱化合物中的揮發(fā)物才發(fā)生蒸發(fā)和再凝聚作用。由于聚集形成星體的氣體和塵埃的比例不同，加以母體內(nèi)的固體化學作用，產(chǎn)生隕石的化學和同位素異常。

H.阿爾文和阿亨尼斯(G. O.S.Arrhenius)認為，實驗室與空間的等離子體研究結(jié)果表明，傳統(tǒng)的均一、平衡觀念不正確，應代之以磁化等離子體的不均一、非平衡凝聚模型。他們提出，在先形成的，有磁場的中心天體(太陽或行星)周圍有"源云"，源云中的粒子受中心天體引力作用而加速降落，因粒子之間碰撞電離而成為等離子體。由于中心天體的磁場作用，等離子體形成A、B、C、 D4個云，各云的主要成分由元素的電離電位決定，于是導致元素分餾。實際情況涉及原子-離子-分子-塵粒之間的相互作用。各云中除主要元素外，還含有其他混合物或雜質(zhì)。中心天體周圍的等離子體極不均勻并處于非熱平衡狀態(tài)，形成密度比鄰區(qū)大的低溫纖維結(jié)構(gòu)──"超日珥"。超日珥中發(fā)生顆粒凝聚，形成軌道相近的顆粒流──"噴流"。噴流可以俘獲與它碰撞的其他顆粒，并聚集形成行星或衛(wèi)星。由各云凝聚物質(zhì)成分的不同可解釋各行星和衛(wèi)星的化學差異。

近年來發(fā)現(xiàn)，星云正常的化學演化難以解釋同位素組成的異常，可能有外來物質(zhì)加入正在凝聚的太陽星云，使星云的化學成分具有原始的不均一性。因此，非平衡的太陽星云演化模型目前雖不夠完善，卻更有發(fā)展前景。