所述吨eoría积在天体物理学(或增生),解释说,行星和其他天体由小灰尘颗粒的缩合形成的由重力吸引。
1944年,俄国地球物理学家奥托·施密特(Otto Schmidt)(1891-1956)提出了以这种方式形成行星的想法。他提出,在早期的太阳系中,巨大的气体和尘埃云以扁平的盘状包围着太阳。
图1.艺术家对原行星盘的概念,通过吸积形成行星。资料来源:维基共享资源。
施密特声称,太阳是与另一颗恒星一起获得的,这颗恒星通过其移动穿过银河系,同时又穿过一个充满尘埃和气体的星云。另一颗恒星的亲密关系帮助我们捕获了后来凝结的物质。
关于太阳系形成的假设可分为两类:进化的和灾难性的。前者断言太阳和行星都是从一个单一的过程演化而来,可追溯到康德(Inmanuel Kant(1724-1804))和皮埃尔·西蒙·德拉普拉斯(Pierre Simon de Laplace)(1749-1827)提出的思想。
第二点是灾难性事件,例如与另一颗恒星的碰撞或接近,这是行星形成的触发因素。最初,Schmidt假设属于这一类。
说明
如今,已经观察到了年轻恒星系统和足够的计算能力来执行数值模拟。这就是为什么灾难性理论被抛弃而倾向于进化论的原因。
目前,太阳系形成的星云假说是科学界最认可的假设,认为吸积是行星形成过程。
以我们自己的太阳系为例,45亿年前的引力在一个中心点附近聚集了宇宙尘埃的小颗粒,大小从几埃到1厘米不等,形成了云。
这朵云是太阳及其行星的发源地。据推测,宇宙尘埃的起源可能是超新星的前一次爆炸:这颗恒星剧烈坍塌,并将其残留物散布在太空中。
在云的最密集区域,粒子由于靠近而更加频繁地碰撞,并开始失去动能。
然后引力使云在其自身引力作用下坍塌。这样就诞生了一个原宿星。引力继续作用直到形成圆盘,然后由圆盘形成第一个环,然后形成行星。
同时,中心的太阳紧实,当达到一定的临界质量时,内部发生核聚变反应。这些反应是维持太阳和任何恒星的动力。
高能粒子是由太阳推动的,这被称为太阳风。这有助于清理碎片,将其丢弃。
行星的形成
天文学家认为,在我们的星王诞生之后,围绕它的尘埃和气体盘至少在那里存在了1亿年,为行星形成留出了足够的时间。
图2.今天的太阳系图。资料来源:维基共享资源。
在我们的时间尺度上,这个时期看起来像是永恒,但实际上,这只是宇宙时间中的一个短暂瞬间。
这时,形成了直径约为100公里的较大物体,称为小行星。它们是未来星球的胚芽。
新生太阳的能量帮助蒸发了磁盘上的气体和尘土,这大大缩短了新行星的诞生时间。同时,碰撞继续增加了物质,因为这恰好是积聚。
行星形成模型
通过观察正在形成的年轻恒星,科学家正在了解我们自己的太阳系是如何形成的。刚开始时有一个困难:这些恒星隐藏在可见的频率范围内,因为它们周围环绕着宇宙尘埃云。
但是借助配备红外传感器的望远镜,可以穿透宇宙尘埃云。研究表明,在银河系的大多数星云中,都有恒星形成,并且肯定有行星陪伴它们。
三种模式
到目前为止,已经收集了所有信息,提出了关于行星形成的三个模型。最广为接受的是吸积理论,该理论对像地球这样的岩石行星都适用,但对像木星和其他外行星这样的天然气巨头却效果不佳。
第二个模型是前一个模型的变体。这说明岩石首先形成,然后在重力作用下相互吸引,从而加速了行星的形成。
最后,第三个模型是基于磁盘的不稳定性,它是最能解释天然气巨人形成的模型。
核吸积模型和岩石行星
随着太阳的诞生,剩余的物质开始聚集在一起。形成较大的团簇,轻元素(如氦和氢)被太阳风吹扫到离中心更远的区域。
这样,较重的元素和化合物(例如金属和硅酸盐)会形成靠近太阳的岩石行星,随后开始地球化学分化过程,并形成了地球的各个层。
另一方面,已知太阳风的影响随着距离而衰减。远离太阳,由轻元素形成的气体会聚集。在这些距离下,冻结温度促进水和甲烷分子的冷凝,从而产生气态行星。
天文学家声称,沿着小行星带,在火星和木星之间有一条边界,称为“冰线”。那里的碰撞频率较低,但是高凝结率导致了尺寸更大的行星。
这样,形成巨型行星的过程比形成岩石行星所花费的时间少得多,这很奇怪。
增生理论与系外行星
随着系外行星的发现以及有关它们的信息的收集,科学家们可以肯定地认为,吸积模型是行星形成的主要过程。
这是因为该模型非常充分地解释了地球等岩石行星的形成。无论如何,到目前为止发现的系外行星的很大一部分是气态的,其大小与木星相当或更大。
观测还表明,气态行星在恒星周围占主导地位,其核心中存在更多重元素。另一方面,在具有光核的恒星周围形成岩石质恒星,而太阳就是其中之一。
图3.天秤座开普勒62f围绕其恒星的艺术家代表。资料来源:维基共享资源。
但是在2005年,终于发现了一颗岩石状的系外行星绕太阳型恒星运行。从某种意义上说,这一发现以及随后的其他发现表明,岩石行星也相对丰富。
为了研究系外行星及其形成,2017年,欧洲航天局发射了CHEOPS卫星(特征化ExOPlanets卫星)。卫星使用高度敏感的光度计测量来自其他恒星系统的光。
当行星经过恒星前方时,亮度会降低。通过分析这种光,可以知道它的大小,以及它是气态还是岩石巨行星,例如地球和火星。
通过对年轻系统的观测,将有可能了解在行星形成过程中吸积如何发生。
参考文献
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