原始星云的形成

原始星云是由一块星际云塌缩并瓦解而成的。首先要考虑星际云的塌缩，这里要用到研究物质团收缩和膨胀的一个重要物理定理——维里定理。

维里定理所要分析的是，使其膨胀的能量（如分子热运动热能）和使其收缩的能量（如引力位势）是否平衡。如果把弥漫物质球团当成理想气体，则可使用流体静力平衡方程：

固体地球物理学概论

式中：p、ρ分别为压力和密度；M_r为距离中心r范围以内的物质质量。上式两式各乘以4πr³，并从0到R（球团半径）积分，得

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上式左边进行分部积分，利用r=R时ρ=0的条件（外边界稀薄），并考虑气体压力p=（KρT）/μm_H（式中K为玻尔兹曼常数，T为温度，μ为平均分子量，m_H为氢原子质量），可变成反映热能（即内能）的式子。而上式右边可直接变成反映引力势能的式子。最后写成

2U+Ω=0 （2-1）

式中：

固体地球物理学概论

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式（2-1）第一项为两倍热能，第二项为引力势能。两项之和为零，表示总能量为零，该物质球团处于既不膨胀也不收缩的平衡状态。根据U、Ω的物理意义，不难得出

当膨胀时 2U+Ω＞0 （2-2）

当收缩时 2U+Ω＜0 （2-3）

对于一个天体系统，同样要考虑维里定理。根据维里定理，当忽略自转、磁场及湍流，只考虑引力势能和热能时，星际云聚集的条件如式（2-3）所示。

若星云取半径为R、质量为M、温度为T、主要成分为氢的球体，则式中

固体地球物理学概论

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并令ρ=3M/（4πR³），将式中R由M和ρ代替。取ρ=10^—22g/cm³，T=50K，μ=2.4，N=0（星云内均匀），并取M₀=1.99×10³³g（太阳现质量），则可得出如下的星际云自吸引塌缩条件：

M＞2.44×10³M₀ （2-6）

该式表明，星际云质量比太阳现质量大三个数量级，它才会塌缩。当星际云塌缩到密度为10^—15g/cm³时，内部会发生不稳定情况，即出现扰动物时，会造成涡流，将星际云瓦解为上千个小云，其中之一则是太阳系前身——原始星云。原始星云其质量为βM₀，β=1～1.3。原始星云的角动量约为今日太阳系角动量的158～200倍。

原始星云在超新星爆发的促进下，氢元素进行大规模合成，形成重元素及其同位素。重元素的大规模合成，距今54亿～58亿年。