行星形成理论中的原行星盘阶段

1. 定义与基本概念
   原行星盘是围绕新生恒星（原恒星）的一个由气体和尘埃组成的、近似盘状的结构。它是恒星形成过程的直接产物，也是行星系统诞生的摇篮。你可以将其想象为一个巨大的、扁平的“旋转厨房”，里面包含了构建行星所需的所有原材料。

2. 原行星盘的形成
   当一团巨大的星际分子云在自身引力作用下坍缩时，由于初始的微小角动量（旋转趋势），云团无法直接坍缩成一个点，而是会越转越快并压扁成一个中心有原恒星、外围有巨大旋转盘的结构。这类似于制作披萨面团时，旋转会让面团向外展开并变扁。绝大部分物质落入中心形成恒星，剩余的大约1%的物质则留在了这个盘里。

3. 原行星盘的组成与结构

   • 成分：盘主要由气体（约99%，绝大部分是氢和氦）和尘埃（约1%，包括硅酸盐、碳质颗粒和水冰等）组成。
   • 温度分布：盘的温度从内到外、从中间到表面存在显著梯度。靠近中心恒星的区域，温度可达数千度，足以使岩石蒸发；而在遥远的外围区域，温度可低至零下二百多度，水和其他 volatiles（易挥发物）能凝结成冰。
   • 雪线：这是一个关键的分界线，指盘内水蒸气能够凝结成冰的临界距离。雪线以内，只有耐高温的岩石和金属颗粒能以固态存在；雪线以外，水冰的加入极大地增加了可用的固体材料总量。

4. 盘内的物理过程

   • 角动量转移：这是盘能够长期存在并供养中心恒星的关键。盘内的物质通过一种称为“磁旋转不稳定性”的机制或湍流，将角动量向外转移，从而使内盘的物质得以缓慢落向中心的恒星。
   • 尘埃的演化：微米大小的尘埃颗粒是行星的起点。它们首先通过范德瓦尔斯力相互粘附，形成毫米到厘米大小的“尘埃团”。随后，这些颗粒在气体中沉降到盘的中间平面，形成一个更薄、更密的尘埃层。

5. 原行星盘与后续行星形成阶段的衔接
   原行星盘阶段为后续所有行星形成模型提供了物质基础和初始环境。在这个盘中：

   • 尘埃颗粒的生长标志着星子吸积模型的开始。
   • 盘中局部区域物质密度足够高时，可能触发引力不稳定性模型，直接形成行星胚胎。
   • 盘内固体材料的分布（雪线内外）直接决定了内太阳系形成岩质行星、外太阳系形成冰质和气体巨行星的基本格局。

6. 原行星盘的观测与演化结局
   天文学家通过大型望远镜（如ALMA）观测原行星盘在不同波长（特别是亚毫米波）下的辐射，可以直接看到它们的结构、间隙和旋臂。原行星盘的寿命相对短暂，大约为300万至1000万年。之后，盘中的气体会被年轻恒星的强烈辐射（光蒸发）吹散，或者被新形成的行星消耗、清扫，最终消散，留下一个基本成型的新生行星系统。