行星是如何產生的？看完或許會對你有些啟發！

行星是如何產生的？看完或許會對你有些啟發！

大家好，歡迎來到阿布說科技，今天給大家帶來的是行星是如何產生的，看完或許會對你有些啟發！我們知道，星子是構成行星的“磚塊”，其大小為1-100多千米。在這些天體環繞年輕太陽旋轉的過程中，它們的演化有2種最重要的過程，即引力相互作用和物理碰撞。遠距離相遇之際的相互引力拖拉擾動了星子環繞太陽有序的圓軌道運動，導致它們在更扁長的軌道上執行。如果星子在完美的圓形軌道上執行，則永遠不會碰撞，然而在橢圓軌道上執行的星子則會碰撞。軌道越扁長，碰撞就越劇烈。如果星子碰撞的相對速度很小，它們會結合起來。但是如果相對速度太大，結果是災難性的，一個甚至兩個天體都粉身碎骨。之後，又重複發生著這種或者長大或者粉碎的碰撞過程。

較大的天體有較強的引力場，因此能更有效地清掃其前進道路上的碎塊。隨著它們增大，它們抗拒碎裂的能力增強，並能經受住大的撞擊。計算機模擬顯示。當增大著的星子以更大的力猛擊它們的同族弟兄時，便會發生一系列更劇烈的碰撞。碰撞促進增大，導致幾百個小星子，大星子從幾百萬個小天體之中脫穎而出，終於達到約月球般的大小。但是一個包含那麼多引力相互作用天體的系統是不穩定的。在1000萬~1億年之內，星子之間的碰撞導致它們結合成為幾個行星胎，大小約相當於地球。太陽系歷史的起初幾億年是極其劇烈的時期。

水星、金星、地球和火星等內行星自然被認為經歷了上面描述的過程，那麼太陽系的巨行星又怎麼獲得它們巨大的質量呢？巨行星主要由氫和氮組成，幷包含大量的冰。它們的成分更接近於陽，而不同於只含少量氫和氦的行星和太陽系內層的石態星子。當類地行星透過結合岩石物質增大的時候，巨行星一定從早期的太陽星雲裡收集額外的物質，不論是輕質氣體還是固體顆粒。關於這一過程如何進行，在研究人員之間有兩種旗鼓相當的觀點。

大多數研究者贊同“標準模型”，巨行星的核在星子的碰撞增大過程中形成，正如內行星所為。但是一旦這些核增大到足夠大，它們便開始吸積富含氫、氦和冰的周圍氣體。在太陽星雲的內層，氫、氨之類的輕質氣體太熱，難以吸積到正在形成的石態行星胎上去。它們的引力作用不夠強，所吸積的氣體達不到有意義的數量。此外，在行星胎增大到足以吸積氣體的過程裡，氣體已煙消雲散。

氣體或者已被太陽吸積，或者因年輕太陽強烈的星風而從太陽星雲內層被吹出。但是在較冷的太陽星雲外層，輕質氣體很豐富。此外，高丰度的冰增強了行星胎的成長率。它們的質量明顯增大，足以吸積大量星雲外層豐富的氫和氮。隨著被吸積氣體的質量超過石態核，行星引力場日益增大的強度導致稱為失控吸積的過程。在巨行星軌道近旁的可利用氣體都被掃清之前，行星的增大不會停止。在太陽系的外層，開普勒軌道運動速度較低，這意味著鄰近軌道之間的剪下作用也較低。

這樣，給定質量的行星胎會從比太陽星雲內層更大的區域吸積更多的質量。這個模型解釋了巨行星的最重要性質：它們的成分。木星、土星和天王星或海王星與太陽相比，包含更多重元素，分別是5倍、15倍和300倍。只要可利用氣體的數量隨著離年輕太陽的距離增大而減少，那麼緊隨輕質氣體的失控吸積之後形成的冰核或石核能夠穩當地解釋這一模型。

對於標準模型的批評認為，透過碰撞來積聚物質以形成行星胎並在隨後的失控吸積階段成長為巨行星，這需要極長的時間，長到不足以聚整合行星胎。在許多與獵戶星雲類似的那種有大質量恆星存在的恆星形成環境裡，遠在行星胎能夠增大至足以從周同環境中吸積氣體之前，星周盤外部的氣體會因各種過程在不足100萬年的時間之內消散。

於是就有另一種關於巨行星形成的模型應運而生。在這種所謂的“引力不穩定性”的模型裡，巨行星在幾千年內直接從盤形成。由於原行星盤很年輕而且質量很大，它的質量密度極高，以至於天文單位獵戶星雲尺度的區域內的自引力超過了開普勒運動的剪下力。這樣一個區域會響應自引力而收縮，形成質量大致為巨行星的受束縛天體。計算機模擬展示了從非常稠密的原行星盤裡氣態巨行星收縮形成的4個不同階段。

這個模型的第一個困難是它不容易解釋太陽系內巨行星觀測到的成分。引力不穩定性是不偏不倚的。一切物質，不論何種成分，都會被吸引到正在形成的天體裡。冰、岩石、氫、氮和盤裡其他各種各樣的組分都會被吸積。這樣，作為最終產物的行星應反映盤的初始成分，它接近於透過凝聚而形成行星的星際雲，並類似太陽的成分。

於是，引力不穩定性模型不容易解釋在木星、土星、天王星和海王星探測到的元素丰度。為了克服這一困難，理論的倡導者必須說明在盤經歷引力不穩定的同時，它已經消耗了氫和氮，而且這種消耗在離原太陽的距離越遠的地方越嚴重。第二個困難是，如果巨行星在盤的演化過程中形成太早，就會導致它們盤旋著落進原太陽。巨行星突然形成會導致在盤裡激發漩渦波動，從而引起行星的軌道角動量流失，使其向內移行。如果巨行星到達盤內巨大的縫隙，這種徑向移行可能停止，人們認為這類縫隙就像中央空洞一般，存在於許多原恆星的周圍。也許這是形成“熱木星類行星”的一種方式。

無論在巨行星形成的何種場景裡，一顆年輕的或尚在吸積中的巨行星比今天的木星要遠大得多。模型顯示，木星在其形成之初直徑一定達到過接近1天文單位。收縮到今天的大小要求耗散熱量和角動量，一顆年輕的巨行星大概要耗費1億年才能達到其成年期的尺度。

即使今天，木星還在輻射一些其內部能量，人們預期非常年輕的巨行星具有若干意義深遠的性質：1、由於它們向外輻射引力勢能，它們發射大量紅外輻射。2、它巨大的體軀會使它們反射較大量的來自其母恆星的光線。有鑑於此，在恆星際距離上探測年輕巨行星可能比探測成熟行星容易得多。以上就是阿布想說的行星是如何產生的，看完你明白了嗎？是不是有些啟發呢？好了，本期就說到這裡了，咱們下期再見。

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