原行星盘 现在我将为您详细讲解“原行星盘”。 首先，我们需要将它置于一个更宏大的背景中。在您已了解的 行星形成理论中的星云假说 和 恒星形成的气体自转崩塌模型 中，我们已经知道，恒星诞生于一片巨大的、缓慢旋转的分子云核的引力塌缩。原行星盘正是这个过程的直接产物和下一阶段的关键结构。 第一步：原行星盘的形成与基本性质 当一团分子云核因自身引力塌缩时，由于角动量守恒，其初始的微小转动会被急剧放大，导致物质无法全部直接落入中心。相反，大部分物质会在中心原恒星周围形成一个扁平的、旋转的盘状结构。这个环绕新生恒星的、由气体和尘埃组成的盘，就是“原行星盘”。您可以把它想象成一个围绕婴儿恒星旋转的、极其庞大的“煎饼”或“唱片”，其直径可达数百至上千个天文单位（远超整个 柯伊伯带 的范围），但厚度相对其直径来说非常薄。 第二步：原行星盘的组成与结构 原行星盘的物质来源于原始的星云，因此其化学组成与宇宙整体丰度（如您已了解的 氢元素的宇宙丰度 ）大致相似，主要由氢和氦气组成，并混有约1%质量的“尘埃”（这些尘埃是微米大小的硅酸盐颗粒和冰粒）。盘的结构并非均匀： 温度梯度 ：盘的温度从内到外显著下降。靠近炽热原恒星的区域，温度很高，只能存在岩石和金属等高熔点物质（硅酸盐、铁），大部分挥发物（如水冰）被蒸发。在距离恒星一定距离之外（称为“雪线”或“冰线”），温度足够低，水、甲烷、氨等可以凝结成冰。这个位置对于后续 行星形成理论中的核吸积模型 至关重要，因为它决定了类地行星和冰/气巨星的形成分界。 密度分布 ：物质密度同样从内向外递减。盘的总质量通常只有中心恒星质量的百分之几，但已足够形成行星系统。 第三步：原行星盘的演化——行星的摇篮 原行星盘不是静态的，它经历一个快速的动态演化过程，是 行星形成理论 所有后续阶段的舞台。 尘埃的粘附与生长 ：盘中的微米级尘埃颗粒通过布朗运动、静电力等相互碰撞，逐渐粘附长大，形成毫米到厘米大小的颗粒。这些颗粒在气体摩擦作用下，会逐渐向盘的中层沉降，形成一个更薄、更密的“尘层”。这是 行星形成理论中的星子吸积阶段 的起点。 星子形成 ：当尘层密度足够高时，它会因为 引力不稳定性 （ 行星形成理论中的引力不稳定性模型 探讨的一种可能）或通过持续的碰撞吸积，碎裂并凝聚成千米级的 星子 。星子是行星建筑的真正“砖块”。 行星胚胎与巨行星核心的形成 ：星子之间通过引力相互作用，发生碰撞和吸积，生长成更大的 行星胚胎 或 行星形成理论中的行星胚胎阶段 的产物。在冰线以外，冰物质的加入使得星子能长得更快、更大，迅速形成足够大的固态核心（约10倍地球质量），从而开始强力吸积周围的氢气与氦气，进入 行星形成理论中的气体吸积阶段 ，最终可能形成 类木行星 或 冰巨星 。 第四步：原行星盘的消散与行星系统的定型 原行星盘的寿命相对较短，通常为数百万到一千万年。它的消散主要通过以下几种方式： 吸积 ：大量气体和尘埃被中心恒星吸积。 光蒸发 ：中心恒星的强烈紫外辐射和 太阳风 （对于太阳而言）会逐渐吹散盘中的气体。 光致蒸发 ：盘的外围区域也可能被附近大质量恒星的紫外辐射侵蚀。 随着气体的消散，巨行星的气体吸积过程停止，年轻行星的轨道也会因与残留盘物质的相互作用而发生 行星形成理论中的行星迁移机制 。最终，当气体几乎全部消散后，剩下的固体物质（星子、行星胚胎、行星）之间将继续发生碰撞和动力学演化，直至形成一个相对稳定的行星系统，就像我们的 太阳系 。 总结来说，原行星盘是连接恒星形成与行星形成的核心桥梁。它从分子云塌缩中诞生，为行星的构建提供了全部原材料和特定的物理化学环境（如温度梯度），并通过其自身的动力学演化，直接驱动了从尘埃到星子、再到行星的全部过程。对原行星盘的观测（借助哈勃、ALMA等望远镜）和理论研究，是现代天文学理解太阳系起源和 太阳系外行星 系统多样性的基石。