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圖1. 原行星盤藝術(shù)圖（圖源：NASA）

在城郊或鄉(xiāng)村的夜晚仰望星空，我們時常會看到有流星劃過，這些像精靈一樣的天體大多來自小行星與彗星，它們散落在太陽系當(dāng)中，非常容易受到附近較大質(zhì)量的天體引力影響，從而改變原本的運動軌道，進(jìn)入大氣層發(fā)生劇烈的燃燒，變成美麗的流星。天文學(xué)家們根據(jù)太陽系小行星和彗星的運動規(guī)律，以及物質(zhì)組成進(jìn)行對比研究后發(fā)現(xiàn)，這些散落在太陽系空間中的“碎石塊”其實是我們太陽系形成過程中遺留的“化石”，它們成分較為單一，主要由含碳、硅酸鹽和金屬的物質(zhì)組成。從另一個角度來看，它們的存在表明了太陽系行星系統(tǒng)形成前后的景象：那時候的太陽系好似盤古開天辟地之前，還保留著太陽形成后剩余的物質(zhì)，是一片氣體和塵埃的“海洋”（見圖1），塵埃與氣體由于太陽引力的作用，像一個扁平的盤子聚集在“黃道面”附近，被稱為原行星盤（protoplanetary disk，見圖2）；天文學(xué)家對它們?nèi)绾窝葑優(yōu)榘祟w行星的過程也進(jìn)行了合理推測：充滿塵埃與氣體的早期太陽系中，物質(zhì)密度并不是完全均勻的，當(dāng)一個小區(qū)域內(nèi)的密度相對周圍較大時，就會對周圍的密度較低的物質(zhì)存在更大的引力作用，從而吸引物質(zhì)向小區(qū)域的中心聚集，這個聚沙成塔的過程叫做吸積。吸積作用產(chǎn)生了行星最原始的核心——星子，它們會不斷試圖吸引身邊更多的物質(zhì)，在經(jīng)歷漫長的吸積演化過程后便形成了現(xiàn)在的太陽系八顆行星。

圖2. 阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣（ALMA）觀測的20個原行星盤[1]

關(guān)于太陽系行星與系外行星的前世發(fā)生了什么，目前有多種理論解釋，科學(xué)家們比較認(rèn)可的一種假說就是我們前面介紹的吸積理論，他們也在不斷提高望遠(yuǎn)鏡的觀測極限，試圖尋找正在形成或處于演化早期的系外行星，為理論模型的大廈添磚加瓦。功夫不負(fù)有心人，2019年，一個澳大利亞的研究團(tuán)隊利用位于智利的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣 （ALMA）探測到一顆年輕恒星——HD 97048，我們可以看到它的周圍存在氣體和塵埃組成的原行星盤，盤中的縫隙有一顆2.5倍木星質(zhì)量的行星（見圖3），根據(jù)一氧化碳?xì)饬魉俣鹊挠^測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了這顆行星對原行星盤存在擾動（見圖4）。這項發(fā)現(xiàn)對吸積理論也提供了有利的支持。

圖3. HD 97048原行星盤與行星位置示意圖[2]

圖4. HD 97048原行星盤中的一氧化碳?xì)饬魉俣葓D像，白色虛線圓圈內(nèi)為行星對氣流產(chǎn)生的擾動[2]

探索宇宙和生命的起源是人類本能的好奇心，行星形成與演化過程的研究是解答這個問題的基礎(chǔ)，隨著人類科技的進(jìn)步，未來我們會對生命賴以生存的家園——行星有更深刻的了解。更多精彩內(nèi)容，請繼續(xù)關(guān)注觀天者說。

參考：

[1]https://public.nrao.edu/

[2]Pinte, C., van der Plas, G., Menard, F., et al. 2019, Nature Astronomy, 3, 1109

主創(chuàng)簡介

王佳琪，中國科學(xué)院國家天文臺在讀博士生，主要從事太陽系外行星觀測與研究。

姜曉軍，中國科學(xué)院國家天文臺研究員，中國科學(xué)院大學(xué)崗位教授。主要從事恒星物理和天文技術(shù)研究。

編輯：趙宇豪