行星形成理论中的星子吸积阶段

1. 背景：从尘埃到星子

   • 在年轻恒星周围，存在着一个由气体和尘埃组成的旋转盘状结构，称为“原行星盘”。这些尘埃颗粒非常微小，直径通常只有微米量级，类似于烟雾颗粒。
   • 在初始阶段，这些微小的尘埃颗粒通过范德华力（一种微弱的电性吸引力）相互碰撞并粘附在一起，这个过程被称为“碰撞吸积”。它们会逐渐形成毫米到厘米大小的颗粒团。
   • 随着颗粒增大，单纯的粘附作用变得低效。更大的颗粒在气体盘中运动时，会受到来自气体的“头风”阻力，导致其轨道能量衰减，并向恒星缓慢沉降，这被称为“径向漂移”。这是一个关键的瓶颈。

2. 星子的定义与形成机制

   • 星子被定义为行星形成早期、直径大约在1公里到100公里之间的固态天体。它们是构建行星的“基石”或“胚胎”。
   • 要跨越从厘米/米级颗粒到公里级天体的鸿沟，需要一种更有效的聚集机制。目前主流理论是流体力不稳定性。
   • 当原行星盘中的尘埃颗粒密度足够高时，它们会集体拖动周围的气体，从而在气体盘中引发一种局部的不稳定性。在这种不稳定的区域，尘埃会自发地聚集形成高密度的团块。
   • 这些尘埃团块在自身引力的作用下迅速坍缩、凝聚，直接形成公里大小的星子。这个过程绕过了米级障碍，是行星形成过程中的一个关键飞跃。

3. 星子吸积阶段的动力学

   • 一旦大量星子形成，它们便在原行星盘中围绕恒星运行。这个阶段的主角是引力。
   • 星子之间会因相互的引力扰动而发生频繁的近距离交会或碰撞。当两个星子以较低的速度（低于它们的相互逃逸速度）靠近时，它们会被彼此的引力束缚住，发生引力吸积，合并成一个更大的天体。
   • 这个阶段的吸积是“寡头”式的，意味着少数较大的星子（寡头）由于其更强的引力，会比周围众多的小星子更高效地增长，迅速拉开质量差距。

4. 星子吸积的最终产物与意义

   • 通过持续的碰撞和合并，星子最终可以增长到月球或火星大小，形成行星胚胎（通常指质量在0.01到0.1个地球质量之间的天体）。
   • 这些行星胚胎是后续形成类地行星（如水星、金星、地球、火星）和气态巨行星固态核心的直接前身。对于类地行星而言，行星胚胎之间进一步的巨大碰撞最终塑造了今天的行星；对于气态巨行星，一个足够大的行星胚胎（核心）才能开始有效地吸积周围盘中的大量气体。
   • 因此，星子吸积阶段是连接微观尘埃颗粒与宏观行星体的不可或缺的桥梁，是行星形成理论中承上启下的核心环节。