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（protoplanetary disk，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——HD 97048，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. HD 97048原行星盘与行星位置示意图[2]

图4. HD 97048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., van der Plas, G., Menard, F., et al. 2019, Nature Astronomy, 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