行星的摇篮原行星盘观天者说

　　图1。原行星盘艺术图（图源：NASA）
　　在城郊或乡村的夜晚仰望星空，我们时常会看到有流星划过，这些像精灵一样的天体大多来自小行星与彗星，它们散落在太阳系当中，非常容易受到附近较大质量的天体引力影响，从而改变原本的运动轨道，进入大气层发生剧烈的燃烧，变成美丽的流星。天文学家们根据太阳系小行星和彗星的运动规律，以及物质组成进行对比研究后发现，这些散落在太阳系空间中的碎石块其实是我们太阳系形成过程中遗留的化石，它们成分较为单一，主要由含碳、硅酸盐和金属的物质组成。从另一个角度来看，它们的存在表明了太阳系行星系统形成前后的景象：那时候的太阳系好似盘古开天辟地之前，还保留着太阳形成后剩余的物质，是一片气体和尘埃的海洋（见图1），尘埃与气体由于太阳引力的作用，像一个扁平的盘子聚集在黄道面附近，被称为原行星盘（protoplanetarydisk，见图2）；天文学家对它们如何演变为八颗行星的过程也进行了合理推测：充满尘埃与气体的早期太阳系中，物质密度并不是完全均匀的，当一个小区域内的密度相对周围较大时，就会对周围的密度较低的物质存在更大的引力作用，从而吸引物质向小区域的中心聚集，这个聚沙成塔的过程叫做吸积。吸积作用产生了行星最原始的核心星子，它们会不断试图吸引身边更多的物质，在经历漫长的吸积演化过程后便形成了现在的太阳系八颗行星。
　　图2。阿塔卡马大型毫米亚毫米波阵（ALMA）观测的20个原行星盘〔1〕
　　关于太阳系行星与系外行星的前世发生了什么，目前有多种理论解释，科学家们比较认可的一种假说就是我们前面介绍的吸积理论，他们也在不断提高望远镜的观测极限，试图寻找正在形成或处于演化早期的系外行星，为理论模型的大厦添砖加瓦。功夫不负有心人，2019年，一个澳大利亚的研究团队利用位于智利的阿塔卡马大型毫米亚毫米波阵（ALMA）探测到一颗年轻恒星HD97048，我们可以看到它的周围存在气体和尘埃组成的原行星盘，盘中的缝隙有一颗2。5倍木星质量的行星（见图3），根据一氧化碳气流速度的观测数据，发现了这颗行星对原行星盘存在扰动（见图4）。这项发现对吸积理论也提供了有利的支持。
　　图3。HD97048原行星盘与行星位置示意图〔2〕
　　图4。HD97048原行星盘中的一氧化碳气流速度图像，白色虚线圆圈内为行星对气流产生的扰动〔2〕
　　探索宇宙和生命的起源是人类本能的好奇心，行星形成与演化过程的研究是解答这个问题的基础，随着人类科技的进步，未来我们会对生命赖以生存的家园行星有更深刻的了解。更多精彩内容，请继续关注观天者说。
　　参考：
　　〔1〕https：public。nrao。edu
　　〔2〕Pinte，C。，vanderPlas，G。，Menard，F。，etal。2019，NatureAstronomy，3，1109
　　主创简介
　　王佳琪，中国科学院国家天文台在读博士生，主要从事太阳系外行星观测与研究。
　　姜晓军，中国科学院国家天文台研究员，中国科学院大学岗位教授。主要从事恒星物理和天文技术研究。
　　编辑：赵宇豪