天文學(xué)家揭開(kāi)行星快速形成的秘密原行星盤(pán)中的擾動(dòng)迅速演變?yōu)闅鈶B(tài)巨行星

科學(xué)家們研發(fā)出了一種新模型，旨在深入探究諸如木星這類巨行星的形成過(guò)程。

該模型為行星形成所涉及的過(guò)程提供了更為全面的認(rèn)知，有可能極大地拓展我們對(duì)于行星系統(tǒng)的知識(shí)范疇。

關(guān)于巨行星形成的理論

在太陽(yáng)系里，行星依據(jù)自身的特征以及相對(duì)于太陽(yáng)的位置來(lái)進(jìn)行分類：內(nèi)部的巖質(zhì)行星（水星、金星、地球、火星），接著是小行星帶， 然后是氣態(tài)巨行星（ 木星、土星），冰巨行星（天王星、海王星），最后是帶有彗星的柯伊伯帶。

傳統(tǒng)理論認(rèn)為，巨行星是通過(guò)被稱為星子的小行星狀天體的碰撞與積累而形成的，隨后在數(shù)百萬(wàn)年的時(shí)間當(dāng)中逐漸吸積氣體。

然而，這些理論無(wú)法充分解釋遠(yuǎn)離其母恒星的氣態(tài)巨行星的存在或天王星和海王星的形成。

由德國(guó)慕尼黑大學(xué)天體物理學(xué)家與馬克斯· 普朗克太陽(yáng)系研究所合作開(kāi)發(fā)的新模型，是首個(gè)納入了所有影響行星形成的關(guān)鍵物理過(guò)程的模型。

氣態(tài)巨行星的快速形成

根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，原行星盤(pán)中被稱為“亞結(jié)構(gòu)”的環(huán)形擾動(dòng)能夠促使多個(gè)氣態(tài)巨行星快速形成。

這些結(jié)果與最近的觀測(cè)結(jié)果一致，并表明巨行星的形成可能比以前認(rèn)為的更快、更有效。

為行星形成創(chuàng)造條件

研究人員指出，在原行星系統(tǒng)的湍動(dòng)氣體盤(pán)中，毫米大小的塵埃顆粒能夠因空氣動(dòng)力而聚集。

這種初始的擾動(dòng)將塵埃困住，阻止它向恒星內(nèi)部呈螺旋式靠近。最終，形成了一個(gè)富含“建筑材料”的集中區(qū)域，為行星的形成奠定了基礎(chǔ)。

“當(dāng)一顆行星變得足夠大，能夠?qū)怏w盤(pán)產(chǎn)生影響時(shí)，這會(huì)致使盤(pán)的更遠(yuǎn)處再次出現(xiàn)塵埃富集。”合著者蒂爾·比恩斯蒂爾解釋道。他是慕尼黑大學(xué)理論天體物理學(xué)教授，同時(shí)也是卓越起源星群的成員。

“在這個(gè)過(guò)程中，行星推動(dòng)著塵埃——就像牧羊犬追逐羊群一樣——進(jìn)入其軌道之外的區(qū)域。”隨著這個(gè)過(guò)程從內(nèi)向外不斷重復(fù)，這種機(jī)制可能會(huì)導(dǎo)致另一顆巨行星的形成。

該研究的主要作者、慕尼黑大學(xué)的博士生湯米·池浩·劉指出，這是首次通過(guò)模擬追蹤到了細(xì)微塵埃成長(zhǎng)為巨行星的過(guò)程。

年輕原行星盤(pán)中的氣態(tài)巨行星

在太陽(yáng)系中，氣態(tài)巨行星與太陽(yáng)的距離約為5個(gè)天文單位（ 木星） 到3 0個(gè)天文單位（海王星）。相比之下，地球距離太陽(yáng)約1.5億公里，相當(dāng)于1個(gè)天文單位。

該研究表明，在其他行星系統(tǒng)中，類似的擾動(dòng)可能會(huì)在更遠(yuǎn)的距離觸發(fā)行星形成，并且形成速度很快。

此外，該模型解釋了為什么在我們的太陽(yáng)系中海王星之外沒(méi)有形成更多的行星。據(jù)研究人員稱，可用的物質(zhì)材料已經(jīng)耗盡，從而停止了進(jìn)一步的行星形成。

該研究結(jié)果與當(dāng)下對(duì)年輕行星系統(tǒng)的觀測(cè)情況相契合，這些年輕行星系統(tǒng)的圓盤(pán)通常會(huì)呈現(xiàn)出顯著的子結(jié)構(gòu)。

太陽(yáng)系中的巨行星

研究表明，巨行星和氣態(tài)巨行星的形成比之前認(rèn)為的更高效、更迅速。

這種新的認(rèn)識(shí)能夠完善我們對(duì)于太陽(yáng)系中巨行星起源和發(fā)展的理解，并解釋所觀察到的行星系統(tǒng)的多樣性。

總之，慕尼黑大學(xué)團(tuán)隊(duì)的這一發(fā)現(xiàn)為巨行星的形成展現(xiàn)出了更為詳盡且動(dòng)態(tài)的圖景，有可能重新塑造我們對(duì)于行星系統(tǒng)發(fā)展以及行星形成所需條件的認(rèn)知。

“需要進(jìn)一步對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化，以研究統(tǒng)計(jì)效應(yīng)， 并對(duì)行星系統(tǒng)的多樣性予以建模。而且，行星氣體吸積仍然是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。”研究作者指出。

要模擬太陽(yáng)系巨行星的形成時(shí)間，就需要針對(duì)氣體吸積展開(kāi)更深入的專門(mén)研究。（綜合整理報(bào)道）（策劃/李嘉婧）