行星形成理论中的星云假说 星云假说认为，行星系统起源于一个巨大、缓慢旋转的星际气体和尘埃云。这个初始状态是理解后续所有步骤的起点。你可以将这个原始星云想象为一团成分不均、极其稀薄的材料，其主要成分是氢和氦气体，并混合了少量由更重元素（如硅、铁、碳、氧）构成的微尘颗粒。这团星云在自身引力作用下开始非常缓慢地收缩。 随着星云物质的引力收缩，其旋转速度会逐渐增加，这是由于角动量守恒的原理。一个常见的类比是花样滑冰运动员：当她们将张开的手臂收回身体时，旋转会加快。同理，随着星云尺度变小，其旋转会加速。这导致星云不再是一个球体，而是逐渐被压扁，形成一个巨大的、围绕中心旋转的盘状结构，称为“原行星盘”。此时，绝大部分质量（超过99%）都聚集在盘的中心，形成了一个年轻的、炽热的原恒星（我们太阳系的太阳前身），而剩余的物质则分布在周围的盘里，这些物质就是未来行星的原材料。 在原行星盘内部，微米尺度的尘埃颗粒开始发生碰撞。在静电力或范德华力的作用下，这些颗粒并不会简单地弹开，而是会粘附在一起，形成较大的颗粒团。这个过程被称为“吸积”。随着时间的推移，这些颗粒团从毫米大小增长到厘米、再到米尺度。你可以将其想象为盘中的尘埃颗粒像雪花一样逐渐聚集，形成越来越大的“鹅卵石”。 当这些“鹅卵石”尺寸达到米级或更大时，它们在气体盘中运动时会遇到一个关键障碍：气体阻力。盘中的气体相对于中心恒星处于次开普勒速度（即比固体颗粒的轨道速度慢），这会对运动的颗粒产生拖拽力。这种气体阻力会导致颗粒迅速损失角动量，使其螺旋式地向内迁移，有坠入中央恒星的趋势。这个“米级障碍”是理论中的一个关键难题，因为颗粒必须在被拖入恒星前迅速增长到更大的尺度以克服此障碍。 为了克服米级障碍，理论认为，通过湍流或其他不稳定性，这些鹅卵石可以集中在盘的某些特定区域。在这些高密度区域，引力不稳定性开始发挥作用。当局部物质的密度足够高时，它们可以依靠自身的引力直接、迅速地聚集形成公里尺度的天体，即“星子”。星子的形成是一个质的飞跃，它标志着从微小颗粒的物理粘附到引力主导的吸积的转变。星子就是行星的“胚胎”。 一旦星子形成，行星构建过程就进入了引力主导的阶段。较大的星子凭借其更强的引力场，能够更有效地吸引和吸积周围盘中的较小星子、鹅卵石和气体。它们在各自的轨道区域内清扫物质，通过碰撞和合并不断增长。在太阳系内侧，由于温度较高，冰类物质挥发，主要形成由岩石和金属构成的星子，它们最终成长为类地行星（水星、金星、地球、火星）。在距离太阳更远的“雪线”之外，温度足够低，水、氨、甲烷等物质能够凝结成冰，提供了大量的固体材料，因此能够形成更大质量的星子。 这些巨大的星子（特别是木星和土星的胚胎）在形成初期，其引力已经强大到能够直接吸积原行星盘中大量的氢和氦气体。它们迅速增长，形成了巨大的气体包层，最终演变为气态巨行星。更外围的天王星和海王星，可能因为形成较晚，或者离太阳较远物质密度较低，未能积累足够多的气体，从而成为冰巨星。 最终，原行星盘中的气体在年轻恒星强烈的太阳风辐射下被逐渐吹散，剩余的固态物质也被行星或散射出太阳系。当行星在其轨道附近清除了大部分其他天体后，行星的形成过程便基本完成。星云假说至此描绘了一个从弥散星云到致密恒星和环绕行星的完整图景。