▼【在太陽系形成之初，創造行星的最快方式可能是通過小石塊不斷堆積，而非大體量天體的對撞合并。這種理論被稱之為“礫石吸積”。】

讓我們想象一下45億年前的太陽系。

那就像是一個嬰兒室，到處都是“行星胚子”的身影。太陽系誕生時留下的氣體和塵埃盤環繞年輕的太陽。塵埃盤内布滿星子——也就是直徑1到100公裡的多岩天體——以及寬度1000公裡左右的原行星。這就好像一群體型各異的孩子擠進了同一個房間。

與任何托兒所一樣，此時的太陽系也是一個“吵鬧”的所在。星子在系内疾馳，偶爾撞到一起。塵埃和岩石碎片穿過事故地點。經過幾百萬年的演化，太陽系結束了這種混亂狀态，孕育了我們今天看到的行星。

研究論文合著者、瑞典隆德大學天文學家米歇爾·拉姆布萊切特表示：“這些天體能夠輕易并且快速形成。礫石吸積論為很多問題提供了答案。”

例如，在塵盤耗光制造行星所需的原材料前，行星如何形成？模型顯示塵盤将在100萬年到1000萬年耗盡。在此過程中，塵盤内的氣體蒸發，塵埃螺旋墜入新誕生的太陽的引力陷阱。

塵盤消失前，木星和土星等最大的系内行星已經擁有十倍于地球質量的核心。利用星子制造行星需要耗費相當長時間，因為星子通常會與嬰兒行星擦肩而過，而不是被它們的引力俘獲。相比之下，礫石很容易被原行星的引力捕獲，它們的不斷積聚隻需大約100萬年就能造就一顆行星。天文學家意識到礫石的存在，因為他們在嬰兒恒星周圍觀測到礫石的身影。通過觀測物質的射電波長，甚大陣列等望遠鏡對原行星盤内的顆粒尺寸進行測算。原行星盤通常含有大量礫石，朝着恒星緩慢移動，總質量有時可達到數百個地球。

研究指出礫石乃通過塵埃顆粒撞擊合并形成。論文合著者、隆德大學天文學家安德斯·約翰森表示：“原行星盤内的絕大多數塵埃凝聚成礫石。”他将原行星盤形象地稱之為“礫石工廠”。2010年，約翰森和拉姆布萊切特開始思索礫石與行星誕生之間的關系。他們進行了一系列計算，揭示礫石如何與漂浮在原行星盤内的大塊碎石狀碎片發生交互。令他們感到吃驚的是，他們發現礫石能夠快速依附到原行星身上。

摩擦成為這一過程的關鍵。想象一下，礫石流穿過一個100公裡寬的原行星。在原行星盤内移動時，礫石與氣體發生摩擦，摩擦減緩它們的速度，導緻礫石被原行星的引力場俘獲。随後，它們開始環繞原行星移動，不久後墜落原行星表面。每次撞擊都會增加原行星的質量，如果發生足夠多的撞擊，原行星便可迅速生長，直徑增至1000公裡以上。拉姆布萊切特說：“從很大程度上說，礫石吸積是天體增大質量的最有效途徑。”

拉姆布萊切特指出如果原行星盤内的星子和礫石質量相等，礫石吸積的效率可達到星子的1000倍。2012年，他和約翰森在一系列論文中闡述他們的初步想法。2017年，他們在《地球與行星科學年度評論》綜述了這一理論。

礫石吸積論能夠幫助科學家解釋太陽系的諸多特征。比如，美國宇航局的“朱諾”号飛船發現，木星擁有一個超出科學家預計的更大更分散的核心。約翰森指出這意味着曾發生礫石吸積，因為這是在塵盤消散前的可用時間内形成巨大核心的唯一途徑。

又比如，長久以來，天王星和海王星如何形成一直困擾着科學家，而礫石吸積論也有助于揭開這個謎團。這兩顆冰巨星雖也有巨大核心，但并不像木星和土星那樣擁有大量氣體。嬰兒木星和嬰兒土星最終達到所謂的“礫石隔絕質量”。這意味着它們擁有足夠的體量，讓周圍氣體産生一個壓力泵，驅逐任何靠近的礫石。一旦停止吸食礫石，木星和土星開始積聚氣體。相比之下，天王星和海王星從未達到礫石隔絕質量（随着軌道距離不斷增大），最終演化成冰巨星，而不是氣态巨星。

在太陽系外，礫石吸積論也能解釋一系列謎團，例如大體積行星如何在距母星很遠的區域形成。年輕恒星HR 8799座落于飛馬星座，距地球大約129光年，周圍存在4顆體積超過木星的行星。這些行星與母星間的距離是地日距離的68倍，相比之下，木日距離隻有地日距離的5倍左右。約翰森和拉姆布萊切特進行的電腦模拟顯示，行星能夠在距母星更遠的區域形成，通過吸食周圍的礫石而不斷生長。整個過程可以在原行星盤的壽命内完成。相比之下，“星子說”并不會出現這個過程，因為距母星很遠的區域并不存在足夠的星子。

不過，仍有一大疑問仍沒有找到答案，那就是原行星在何處誕生？一種可能性是，原行星在恒星周圍的雪線形成，即液态水凍結的區域。由于環境從潮濕變成幹燥，塵埃和礫石的物理屬性發生改變。它們開始凝聚，體積不斷增大，充當“行星種子”。其它礫石随後依附種子，最終孕育出原行星。

蘇黎世大學天體物理學家喬安娜·德拉科維斯卡指出雪線是孕育首批原行星的理想所在。誕生之後，原行星開始吸食盤内的礫石。在最近刊登于《天文與天體物理》的論文中，德拉科維斯卡闡述了這一想法。TRAPPIST-1系統可能便是這種情況。座落于寶瓶座的TRAPPIST-1距地球39光年，是名氣最大的行星系統之一，共有7顆類地行星。

根據阿姆斯特丹大學天文學家克裡斯·奧梅爾和同事最近進行的計算，原行星在恒星雪線形成，而後通過吸食礫石，迅速生長。在達到與地球相當的質量時，羽翼未豐的行星停止“進食”，原因在于它們的引力影響了周圍的塵盤。奧梅爾說：“我們很難用經典理論解釋這個獨特系統，但礫石吸積能夠做到這一點。”

拉姆布萊切特指出随着天文學家發現更多系外行星，礫石吸積理論能夠幫助他們進一步了解行星的演化。“這一理論意味着所有行星的形成都是一個充滿動态的過程。”

（本文章來源于漫步宇宙公衆号）

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