行星形成理论
字数 663 2025-11-17 04:32:48
行星形成理论
行星形成理论的核心框架是星云假说,该假说认为行星系统由围绕年轻恒星的旋转气体和尘埃盘演化而来。其初始条件是星际分子云在自身引力下坍缩,形成一个中心原恒星和环绕它的原行星盘。盘内物质包括约99%的气体和1%的尘埃颗粒,这些微米级尘埃是行星构建的原始基石。
行星形成的第一阶段是尘埃吸积。盘中的尘埃颗粒通过范德华力发生碰撞并粘附,逐渐从微米级生长到千米级,形成星子。这一过程在盘的中段区域最为有效,因为该区域避免了恒星辐射对过小颗粒的吹离,也避免了气体湍流对生长的破坏。
当星子达到千米尺度,其引力变得显著,进入寡头生长阶段。较大的星子凭借更强的引力场,更高效地吸积周围较小的星子和盘物质,迅速增长为月球至火星大小的行星胚胎。此阶段在盘的内区形成类地行星的雏形,其成分为岩石和金属,因为该区域温度较高,挥发性物质无法凝结。
在盘的外区,温度低于水的冰点,挥发性物质凝结成冰,使可用构建材料大增。行星胚胎能快速吸积冰和气体,形成行星核心。一旦核心质量达到约10倍地球质量,便开启失控吸积,巨量捕获周围的氢和氦气,最终形成气态巨行星。
巨行星的形成会重塑盘的结构。其强大引力会散射附近星子,激发轨道偏心率,并可能向内迁移。同时,恒星的辐射压和太阳风开始驱散盘中的剩余气体,终止气态巨行星的生长,并使得内太阳系无法保留大量气体,最终形成岩石质的类地行星。
理论通过观测年轻恒星周围的碎片盘、以及太阳系内天体的成分和年龄测定得到验证。它解释了行星轨道大致共面、同向性,以及类地行星与气态行星的分布规律。