行星的搖籃——原行星盤｜觀天者説_風聞

　　大家好，我是中國科學院國家天文台的王佳琪，今天我們將帶大家去看一看孵化行星的搖籃——原行星盤，一起了解行星們的前世究竟是什麼樣子。

　　圖1. 原行星盤藝術圖（圖源：NASA）

　　在城郊或鄉村的夜晚仰望星空，我們時常會看到有流星劃過，這些像精靈一樣的天體大多來自小行星與彗星，它們散落在太陽系當中，非常容易受到附近較大質量的天體引力影響，從而改變原本的運動軌道，進入大氣層發生劇烈的燃燒，變成美麗的流星。天文學家們根據太陽系小行星和彗星的運動規律，以及物質組成進行對比研究後發現，這些散落在太陽系空間中的“碎石塊”其實是我們太陽系形成過程中遺留的“化石”，它們成分較為單一，主要由含碳、硅酸鹽和金屬的物質組成。從另一個角度來看，它們的存在表明了太陽系行星系統形成前後的景象：那時候的太陽系好似盤古開天闢地之前，還保留着太陽形成後剩餘的物質，是一片氣體和塵埃的“海洋”（見圖1），塵埃與氣體由於太陽引力的作用，像一個扁平的盤子聚集在“黃道面”附近，被稱為原行星盤（protoplanetary disk，見圖2）；天文學家對它們如何演變為八顆行星的過程也進行了合理推測：充滿塵埃與氣體的早期太陽系中，物質密度並不是完全均勻的，當一個小區域內的密度相對周圍較大時，就會對周圍的密度較低的物質存在更大的引力作用，從而吸引物質向小區域的中心聚集，這個聚沙成塔的過程叫做吸積。吸積作用產生了行星最原始的核心——星子，它們會不斷試圖吸引身邊更多的物質，在經歷漫長的吸積演化過程後便形成了現在的太陽系八顆行星。

　　圖2. 阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣（ALMA）觀測的20個原行星盤[1]

　　關於太陽系行星與系外行星的前世發生了什麼，目前有多種理論解釋，科學家們比較認可的一種假説就是我們前面介紹的吸積理論，他們也在不斷提高望遠鏡的觀測極限，試圖尋找正在形成或處於演化早期的系外行星，為理論模型的大廈添磚加瓦。功夫不負有心人，2019年，一個澳大利亞的研究團隊利用位於智利的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣 （ALMA）探測到一顆年輕恆星——HD 97048，我們可以看到它的周圍存在氣體和塵埃組成的原行星盤，盤中的縫隙有一顆2.5倍木星質量的行星（見圖3），根據一氧化碳氣流速度的觀測數據，發現了這顆行星對原行星盤存在擾動（見圖4）。這項發現對吸積理論也提供了有利的支持。

　　圖3. HD 97048原行星盤與行星位置示意圖[2]

　　圖4. HD 97048原行星盤中的一氧化碳氣流速度圖像，白色虛線圓圈內為行星對氣流產生的擾動[2]

　　探索宇宙和生命的起源是人類本能的好奇心，行星形成與演化過程的研究是解答這個問題的基礎，隨着人類科技的進步，未來我們會對生命賴以生存的家園——行星有更深刻的瞭解。更多精彩內容，請繼續關注觀天者説！

　　參考：

　　[1]https://public.nrao.edu/

　　[2]Pinte, C., van der Plas, G., Menard, F., et al. 2019, Nature Astronomy, 3, 1109