行星是怎樣形成的?行星的排序有什麼規律嗎?天文學家給你答案

2021-01-08 天文在線

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圖解:我們太陽系擁有著各種各樣的行星

試想一下,地球和它的行星兄弟們最初不過是宇宙中的塵埃,會不會感到震驚。沒錯,天文學家都認為這確實發生在45億年前。那時我們的太陽也只是剛剛誕生的原恆星(protostar),通過引力不斷聚集更多的物質,並逐漸啟動其內部的核聚變。這時沒有太陽系,只有一個巨大的,不斷旋轉的粒子云,被稱為太陽星雲(solar nebula)。

為了弄清楚這些剩餘的氣體和塵埃是如何形成行星的,天文學家們對太陽系的結構進行了大量的研究來探尋線索。他們同時也研究了遠方其它年輕的恆星系,它們仍處於不同的發展階段。

隨著太陽的形成,剩餘的氣體和塵埃變成了一個旋轉的原行星盤(protoplanetary disk),在這些旋轉的碎片中,巖石粒子開始碰撞,形成了更大質量的顆粒,並通過引力吸引了更多的粒子。這些粒子在引力下收縮形成星子(planetesimals),這些星子相互碰撞從而形成了固體的太陽系內層行星。同樣的,氣體凝結成巨大的球體形成外層的氣態巨行星。

為什麼巖質行星離太陽較近而氣態巨行星離太陽較遠呢?一個理論認為是因為太陽風,太陽風是從恆星發出的穩定的等離子體流,最初的太陽風遠比今天強大,強大到將氫和氦等較輕元素吹離內層軌道。當這些元素到達外層軌道時,太陽風減弱,外層行星引力很快將他們捕獲,使它們膨脹到現在的形狀:冰和巖石構成的固態內核,覆蓋著稠密氣體。

這個行星形成理論是假定氣態巨行星總是出現在恆星系的外層軌道。然後,在1995年天文學家們發現了飛馬座51b(51 Pegasi b),是一個熱木星,或者說是一個氣態巨行星出現在距它恆星非常近的軌道上。這個發現需要一個新的理論,主要是說氣態巨行星必須誕生在遠離中央恆星的地方,之後逐漸遷移到內層軌道。

天文學家關於軌道遷移的理論,是說行星遷移是與其他天體引力相互拉鋸的結果,其過程需要上億年的時間,這段旅程也會摧毀它路徑上所有較小的內部行星。

我們對其它恆星繫結構了解的越多,我們太陽系行星的形成也就了解得越多。

相關天文知識

太陽系的形成和演化是在46億年前開始的,巨大的分子雲中一小部分開始重力塌縮。大部分塌縮的物質聚集在中心形成太陽,其餘的聚集在一個平面內形成一個原行星盤,行星、衛星、小行星和太陽系其它小天體都是在其中形成的。

這個理論被稱為星雲假說,由18世紀的伊曼紐爾·斯維登堡(Emanuel Swedenborg)、伊曼努爾·康德(Immanuel Kant)和皮埃爾-西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)首次提出,隨後被天文學、物理學、地質學和行星學相互融合發展。直到上世紀50年代太空時代的黎明和90年代系外行星的發現,這一理論一直受到挑戰,不斷完善以解釋新的發現結果。

太陽系自最初形成以來已經有了很大的發展。許多衛星是由盤旋在其行星附近的氣體和塵埃構成的,其他的一些衛星則是獨立形成的,後來被行星所捕獲。還有一些,比如月球,則是一場巨大撞擊的結果。直至今日,天體之間的碰撞仍然在不斷發生,並且是太陽系演化的核心。由於引力的相互作用,行星的位置也有可能發生變化。現在,人們認為行星遷移對太陽系的早期演化起了很大的作用。

在今後大約50億年的時間裡,太陽將不斷冷卻並且不斷向外膨脹,半徑將達到現在的許多倍(成為一顆紅巨星),最終太陽的外層將被剝離形成行星狀星雲,留下一個被稱為白矮星的恆星殘骸。在這遙遠的未來,太陽的引力將減小,對行星的束縛也將削弱。一些行星將被摧毀,另一些則會被拋到星際空間。最後,在幾百億年的時間長河中,很有可能再也沒有原始的天體圍繞太陽運行了。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3.ROBERT LAMB-science-北落師門

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