行星形成理论中的吸积撞击阶段
字数 913 2025-12-03 12:57:07

行星形成理论中的吸积撞击阶段

  1. 吸积撞击阶段是行星形成理论中,继“星子形成阶段”和“寡头生长阶段”之后的关键时期。在这个阶段,通过引力主导的随机碰撞与合并,少数大型的行星胚胎最终成长为成熟的类地行星(岩质行星),或类地行星质量的核心(为后续气体吸积提供基础)。

  2. 该阶段开始时,原行星盘内尘埃和气体已显著消散,留下数十到数百个由寡头生长阶段形成的行星胚胎。这些胚胎质量可达月球到火星级别,它们分布在内太阳系(类地区域)的绕日轨道上,彼此之间的引力影响变得至关重要,导致轨道不再稳定和孤立。

  3. 由于引力相互作用,行星胚胎的轨道会发生交叠和混沌演化,导致频繁的碰撞。这种碰撞不再是之前阶段以粘附为主的温和合并,而是剧烈的、可能产生大量碎片的撞击过程。撞击速度范围很广,从略高于逃逸速度(约每秒几公里)到高速撞击(超过每秒十公里)。

  4. 高速撞击可能导致撞击体部分或完全汽化、溅射出大量物质,甚至可能将目标天体击碎。而低速或中等速度的碰撞则更有利于两个天体的有效合并,使整体质量增加。因此,吸积撞击阶段是一个“破坏”与“建设”并存的动力学过程,行星胚胎通过一系列或合并、或侵蚀、或破碎再积累的撞击事件逐渐增长。

  5. 经过数千万年到上亿年的动力学演化与碰撞,内太阳系最终会趋向一个稳定的构型:少数几个(通常为3-4个)质量较大的行星占据了主导轨道,它们清除了各自轨道附近的绝大部分其他物质,形成了我们今天看到的类地行星(水星、金星、地球、火星)。这个扫清轨道、达到动态稳定的终点状态,被称为“吸积完成”或“大撞击阶段结束”。

  6. 地球-月球系统的形成是该阶段最著名的例证。根据“大碰撞说”,一个火星大小的行星胚胎(被称为“忒伊亚”)与原地球发生了一次斜向撞击。这次巨大的撞击将大量物质抛射到地球轨道上,这些物质随后通过吸积形成了月球,同时可能深刻地影响了地球的自转、地幔成分和早期环境。

  7. 吸积撞击阶段的另一个重要结果是行星的差异化。剧烈的撞击过程和早期放射性元素衰变产生的热量,足以使成长中的行星胚胎或原行星整体或部分熔融。在熔融状态下,密度较高的物质(如铁和镍)向中心沉降形成金属核,而密度较低的硅酸盐物质上浮形成幔和壳,这一过程称为“行星分化”。

行星形成理论中的吸积撞击阶段 吸积撞击阶段是行星形成理论中,继“星子形成阶段”和“寡头生长阶段”之后的关键时期。在这个阶段,通过引力主导的随机碰撞与合并,少数大型的行星胚胎最终成长为成熟的类地行星(岩质行星),或类地行星质量的核心(为后续气体吸积提供基础)。 该阶段开始时,原行星盘内尘埃和气体已显著消散,留下数十到数百个由寡头生长阶段形成的行星胚胎。这些胚胎质量可达月球到火星级别,它们分布在内太阳系(类地区域)的绕日轨道上,彼此之间的引力影响变得至关重要,导致轨道不再稳定和孤立。 由于引力相互作用,行星胚胎的轨道会发生交叠和混沌演化,导致频繁的碰撞。这种碰撞不再是之前阶段以粘附为主的温和合并,而是剧烈的、可能产生大量碎片的撞击过程。撞击速度范围很广,从略高于逃逸速度(约每秒几公里)到高速撞击(超过每秒十公里)。 高速撞击可能导致撞击体部分或完全汽化、溅射出大量物质,甚至可能将目标天体击碎。而低速或中等速度的碰撞则更有利于两个天体的有效合并,使整体质量增加。因此,吸积撞击阶段是一个“破坏”与“建设”并存的动力学过程,行星胚胎通过一系列或合并、或侵蚀、或破碎再积累的撞击事件逐渐增长。 经过数千万年到上亿年的动力学演化与碰撞,内太阳系最终会趋向一个稳定的构型:少数几个(通常为3-4个)质量较大的行星占据了主导轨道,它们清除了各自轨道附近的绝大部分其他物质,形成了我们今天看到的类地行星(水星、金星、地球、火星)。这个扫清轨道、达到动态稳定的终点状态,被称为“吸积完成”或“大撞击阶段结束”。 地球-月球系统的形成是该阶段最著名的例证。根据“大碰撞说”,一个火星大小的行星胚胎(被称为“忒伊亚”)与原地球发生了一次斜向撞击。这次巨大的撞击将大量物质抛射到地球轨道上,这些物质随后通过吸积形成了月球,同时可能深刻地影响了地球的自转、地幔成分和早期环境。 吸积撞击阶段的另一个重要结果是行星的差异化。剧烈的撞击过程和早期放射性元素衰变产生的热量,足以使成长中的行星胚胎或原行星整体或部分熔融。在熔融状态下,密度较高的物质(如铁和镍)向中心沉降形成金属核,而密度较低的硅酸盐物质上浮形成幔和壳,这一过程称为“行星分化”。