太陽系是如何形成的——類地行星的誕生

2020-08-25 賽先生科普

上一篇文章我們把太陽系的凝聚理論大概的講了一遍，但細節之處並沒有仔細介紹，為此這篇文章將介紹一下八大行星的形成，也就是之前提到的星子，是如何形成並累積成行星的過程。

所謂「星子」，就是指在原始太陽星雲收縮過程中，由星際塵埃吸積附近的物質而逐漸形成直徑在數公裡乃至上百公裡的小天體，然而這個吸積過程並不是那麼隨意的，畢竟這些星子是日後形成原行星的原材料，而我們知道八大行星分為四顆類地行星和四顆類木行星，它們的物質構成比例是完全不相同的，因此當初的星子至少在物質成分上也是有差異的。

而星子成分上的差異主要受其分布位置影響，也就是距離星雲中心的遠近，而距離的遠近意味著溫度的高低，距離中心越近溫度越高，越遠溫度越低，這一點很容易理解。

那麼這些還沒有開始吸積過程的星際塵埃在不同溫度的位置會產生什麼樣的變化呢？

一個簡單的例子，太陽的組成物質是什麼形態？沒錯，就是等離子態，因為太陽的高溫，導致普通的固態、液態、體態都沒法存在，因此原子都分散成正負離子存在，而類似的過程存在於太陽星雲內部。

由於星雲收縮，導致中心溫度上升，一批星際塵埃因此解體，分散為分子或原子，不過星雲外圍的塵埃沒有受影響，它們在之後的時間內，依舊在不斷的吸積附近物質，形成星子。

但之前我們也說到了，星際塵埃的作用除了被當作凝聚核之外，還起到了幫助降溫的作用，也就是說原先能夠將塵埃分散為單個粒子的位置，隨著時間的推移，溫度降下來，又能重新聚合到一起，然而這時候我們還需要考慮一點，這些再度聚合起來的塵埃還和原先的一樣嗎？

答案是否定的，這次在此聚合起來的塵埃和原先的組成成分不再一樣了，原因仍舊是溫度，一個簡單的例子，將一塊鋁和一塊鐵放到一個初溫相同的空間內，隨著空間內溫度不斷的上升，首先是鋁塊熔化，其次是鐵塊熔化，因為鋁的熔點要比鐵低了將近九百攝氏度，假設此時空間內的溫度是兩千度，我們記為狀態A。

之後我們開始降溫，下降一千度，溫度變為一千，此時熔化的鐵會變為固態，而鋁仍舊是液態，我們記為狀態B。

這兩種狀態正好可以對應星際塵埃的分散-再凝聚過程，一開始溫度很高，基本所有塵埃都分散了，後來溫度慢慢下降，那麼一批金屬元素會率先變為固態，成為一顆顆金屬顆粒，於此同時，那些更遠處的位置，其溫度則更低一些，因此除了金屬顆粒之外，一些矽酸鹽顆粒也可以出現了。

大概在距離中心5個天文單位的範圍之內，留下的塵埃顆粒基本以金屬或巖石為主，之後在漫長的歲月裡，這些塵埃會不斷的吸積附近物質，體積和質量不斷增加，形成星子，之後還會經歷相互碰撞合併的過程，最終形成了我們今天四顆類地行星存在的局面。

按理說，四顆類木行星也能適用這樣的過程，但實際上科學家在進一步研究後發現，太陽系的這四顆類木行星的形成，擁有更多的不確定性，具體內容我們下篇文章再說。

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