地球是怎么形成七大块板的（地球是怎么来的）
▼【在太阳系形成之初，创造行星的最快方式可能是通过小石块不断堆积，而非大体量天体的对撞合并。这种理论被称之为“砾石吸积”。】
让我们想象一下45亿年前的太阳系。
那就像是一个婴儿室，到处都是“行星胚子”的身影。太阳系诞生时留下的气体和尘埃盘环绕年轻的太阳。尘埃盘内布满星子——也就是直径1到100公里的多岩天体——以及宽度1000公里左右的原行星。这就好像一群体型各异的孩子挤进了同一个房间。
与任何托儿所一样，此时的太阳系也是一个“吵闹”的所在。星子在系内疾驰，偶尔撞到一起。尘埃和岩石碎片穿过事故地点。经过几百万年的演化，太阳系结束了这种混乱状态，孕育了我们今天看到的行星。
▲有理论认为原始地球随着无数星子的对撞而不断生长研究论文合著者、瑞典隆德大学天文学家米歇尔·拉姆布莱切特表示：“这些天体能够轻易并且快速形成。砾石吸积论为很多问题提供了答案。”
例如，在尘盘耗光制造行星所需的原材料前，行星如何形成？模型显示尘盘将在100万年到1000万年耗尽。在此过程中，尘盘内的气体蒸发，尘埃螺旋坠入新诞生的太阳的引力陷阱。
尘盘消失前，木星和土星等最大的系内行星已经拥有十倍于地球质量的核心。利用星子制造行星需要耗费相当长时间，因为星子通常会与婴儿行星擦肩而过，而不是被它们的引力俘获。相比之下，砾石很容易被原行星的引力捕获，它们的不断积聚只需大约100万年就能造就一颗行星。天文学家意识到砾石的存在，因为他们在婴儿恒星周围观测到砾石的身影。通过观测物质的射电波长，甚大阵列等望远镜对原行星盘内的颗粒尺寸进行测算。原行星盘通常含有大量砾石，朝着恒星缓慢移动，总质量有时可达到数百个地球。
摩擦：为何砾石能快速依附上原行星
研究指出砾石乃通过尘埃颗粒撞击合并形成。论文合著者、隆德大学天文学家安德斯·约翰森表示：“原行星盘内的绝大多数尘埃凝聚成砾石。”他将原行星盘形象地称之为“砾石工厂”。2010年，约翰森和拉姆布莱切特开始思索砾石与行星诞生之间的关系。他们进行了一系列计算，揭示砾石如何与漂浮在原行星盘内的大块碎石状碎片发生交互。令他们感到吃惊的是，他们发现砾石能够快速依附到原行星身上。
摩擦成为这一过程的关键。想象一下，砾石流穿过一个100公里宽的原行星。在原行星盘内移动时，砾石与气体发生摩擦，摩擦减缓它们的速度，导致砾石被原行星的引力场俘获。随后，它们开始环绕原行星移动，不久后坠落原行星表面。每次撞击都会增加原行星的质量，如果发生足够多的撞击，原行星便可迅速生长，直径增至1000公里以上。拉姆布莱切特说：“从很大程度上说，砾石吸积是天体增大质量的最有效途径。”
拉姆布莱切特指出如果原行星盘内的星子和砾石质量相等，砾石吸积的效率可达到星子的1000倍。2012年，他和约翰森在一系列论文中阐述他们的初步想法。2017年，他们在《地球与行星科学年度评论》综述了这一理论。
天王星海王星为何最终演化成冰巨星？
砾石吸积论能够帮助科学家解释太阳系的诸多特征。比如，美国宇航局的“朱诺”号飞船发现，木星拥有一个超出科学家预计的更大更分散的核心。约翰森指出这意味着曾发生砾石吸积，因为这是在尘盘消散前的可用时间内形成巨大核心的唯一途径。
又比如，长久以来，天王星和海王星如何形成一直困扰着科学家，而砾石吸积论也有助于揭开这个谜团。这两颗冰巨星虽也有巨大核心，但并不像木星和土星那样拥有大量气体。婴儿木星和婴儿土星最终达到所谓的“砾石隔绝质量”。这意味着它们拥有足够的体量，让周围气体产生一个压力泵，驱逐任何靠近的砾石。一旦停止吸食砾石，木星和土星开始积聚气体。相比之下，天王星和海王星从未达到砾石隔绝质量（随着轨道距离不断增大），最终演化成冰巨星，而不是气态巨星。
在太阳系外，砾石吸积论也能解释一系列谜团，例如大体积行星如何在距母星很远的区域形成。年轻恒星HR 8799座落于飞马星座，距地球大约129光年，周围存在4颗体积超过木星的行星。这些行星与母星间的距离是地日距离的68倍，相比之下，木日距离只有地日距离的5倍左右。约翰森和拉姆布莱切特进行的电脑模拟显示，行星能够在距母星更远的区域形成，通过吸食周围的砾石而不断生长。整个过程可以在原行星盘的寿命内完成。相比之下，“星子说”并不会出现这个过程，因为距母星很远的区域并不存在足够的星子。
原行星在何处诞生
不过，仍有一大疑问仍没有找到答案，那就是原行星在何处诞生？一种可能性是，原行星在恒星周围的雪线形成，即液态水冻结的区域。由于环境从潮湿变成干燥，尘埃和砾石的物理属性发生改变。它们开始凝聚，体积不断增大，充当“行星种子”。其它砾石随后依附种子，最终孕育出原行星。
苏黎世大学天体物理学家乔安娜·德拉科维斯卡指出雪线是孕育首批原行星的理想所在。诞生之后，原行星开始吸食盘内的砾石。在最近刊登于《天文与天体物理》的论文中，德拉科维斯卡阐述了这一想法。TRAPPIST-1系统可能便是这种情况。座落于宝瓶座的TRAPPIST-1距地球39光年，是名气最大的行星系统之一，共有7颗类地行星。
根据阿姆斯特丹大学天文学家克里斯·奥梅尔和同事最近进行的计算，原行星在恒星雪线形成，而后通过吸食砾石，迅速生长。在达到与地球相当的质量时，羽翼未丰的行星停止“进食”，原因在于它们的引力影响了周围的尘盘。奥梅尔说：“我们很难用经典理论解释这个独特系统，但砾石吸积能够做到这一点。”
拉姆布莱切特指出随着天文学家发现更多系外行星，砾石吸积理论能够帮助他们进一步了解行星的演化。“这一理论意味着所有行星的形成都是一个充满动态的过程。”
（本文章来源于漫步宇宙公众号）
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