根据行星形成的凝聚理论,行星是由围绕一颗新生恒星的旋转气体盘形成的,该恒星被称为原行星盘。圆盘和恒星都起源于一个旋转、坍塌的物质云,这种坍塌过程在距离恒星不同的圆盘中产生了不同丰度的物质。在温度较高的区域,与我们太阳系中水星周围的区域相当,唯一能从气体凝结成固态的物质(在这种情况下,是微观尘埃颗粒)是金属。在更远的地方,金星、地球和火星现在的位置,气体温度更低。在这些距离和温度下,硅酸盐等岩石材料也可以开始形成尘粒。甚至在更远的地方,温度变得足够低,足以形成水冰,甚至在离恒星更远的地方,氨和甲烷等其他化合物的冰可以凝结。但年轻的行星系统是如何从制造尘埃颗粒到制造行星的? “这个问题的答案,”天文学家David Jewitt解释道,“这是一个被称为二元吸积的过程,在这个过程中,成对物体之间的碰撞使越来越大的结构结合在一起。微小而粘稠的颗粒之间的碰撞很快导致鹅卵石的形成。鹅卵石之间的碰撞导致岩石。岩石之间的碰撞造成巨石。巨石之间的碰撞产生星子,小行星大小的岩石体(在火星和木星之间运行,大小约1000公里)如果这种吸积过程发生在离恒星足够远的地方,那么星子中会包含大量的冰。这可能是彗星的起源。最终,这些物体足够大,引力可以开始压缩和加热星子内部。随着星子越来越大,重力将它们拉成球形,最重的元素下沉到身体中心。铁和镍将以这种方式形成年轻行星的致密金属核。最终,全尺寸的类地行星、气态巨星(如木星和土星)的岩石核和卫星都是通过吸积过程形成的。吸积过程的时间尺度取决于原行星盘中气体和尘埃的密度,因为密度越高意味着碰撞越频繁。在我们前太阳系圆盘的内部,密度很高,建造类地行星只花了1亿年。外行星的形成是一个更复杂的故事,科学家们仍然不确定气体和冰巨星是如何形成的。杰维特说:“像木星这样的巨型行星的形成基本上有两个模型。在第一个模型中,一颗结冰的类地行星通过双星吸积生长,质量约为地球的5-10倍,这时新的过程开始了。”杰维特解释道:“当这颗小核心行星达到临界质量时,它有足够的引力开始从周围的圆盘中吸入气体。”。你会得到非常快速的气体流到这个核心,将行星一直带到木星或土星的质量。“这个想法被称为核心吸积模型。根据Jewitt在大多数太阳系天文学家中的说法,核心吸积模式是形成大型气态行星木星和土星的首选想法。这些特定行星的核心吸积理论的问题是,建立岩石中心需要非常长的时间。在吸积阶段接近尾声时,当太阳的辐射导致其分散时,圆盘开始失去气体含量。如果气体在核心有机会达到其临界质量之前就分散了,这个想法就行不通了。这就是为什么天文学家开发了第二种理论,称为流体动力学不稳定模型。这始于一巨大的气体圆盘,由于其自身重力的影响而自行坍塌。”正如这颗恒星及其圆盘是由引力不稳定的云形成的一样,一些天文学家声称行星是由圆盘内气体的引力坍缩形成的。杰维特说:“圆盘的一部分会在自身引力的作用下收缩,行星会直接形成,而不需要核心。”。
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