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科学家构建新模型 解释巨气态行星形成原理

据国外媒体报道,在天文学界,有两种关于太阳系内行星形成的理论:一种是被广泛接受的“核心吸积”(core accretion)理论,这种理论能很好解释“类地行星”的形成,但在解释像土星这样的巨大气态行星形成时却遇到了困难;第二种被称为“吸积盘不稳定” (disk instability)理论,这种理论能够解释巨大气态行星的形成。

  核心吸积理论

  在大约46亿年前,整个太阳系还只是由气体和尘埃组成的云团,被称为太阳星云(solar nebula)。这团气态星云在自身的引力作用下开始坍缩并加速旋转,在星云的中心逐渐形成了太阳。

“吸积盘不稳定” (disk instability)理论能够很好解释巨大气态行星的形成

  当太阳形成之后,剩余的物质也开始集聚到一起。在引力的作用下,小颗粒聚集成大颗粒,大颗粒聚集成更大的颗粒。太阳风把附近较轻的元素(如氢和氦等)吹散,只剩下较重的岩石物质等聚集成了类地行星。在距离太阳较远的地方,太阳风对轻质元素的影响较小,允许在那里聚集形成巨气态行星,如土星。小行星、彗星以及月球也以类似的方式逐渐形成。

  土星几乎完全由氢元素和氦元素组成,其它痕量元素也存在于它的大气层中。根据该理论,在土星形成初期,为了捕获大量的气体星云,它必须要首先迅速形成一个大质量的核心,然后在太阳风吹散其周围的气体星云之前把它们吸引过来。

“吸积盘不稳定理论”形成行星的方式比“核心吸积理论”要快速,只需要几千年就可以完成,这样行星的胚胎就能够在很短的时间内捕获转瞬即逝的轻质气体(www.94677.com)

  吸积盘不稳定理论

  核心吸积理论无法满足巨大气态行星快速形成的要求。根据核心吸积理论,气态行星的形成需要几百万年的时间,这要比早期太阳系所能够提供气体原料的时间长得多。与此同时,核心吸积理论还无法面对行星向太阳系内部快速迁移的问题,因为婴儿行星会在非常短的时间内朝太阳做螺旋靠近运动。

  根据相对较新的“吸积盘不稳定理论”,在太阳系早期,吸积盘中的气体和尘埃云团由于不稳定性已经形成了许多团块,随着时间的推移,这些团块开始逐渐聚集成巨大的气态行星。该理论解释的形成行星的方式比核心吸积理论要快速,只需要几千年就可以完成,这样行星的胚胎就能够在很短的时间内捕获转瞬即逝的轻质气体。该理论也能够使巨气态行星的质量快速增长,达到能稳定绕太阳运行的程度,从而避免撞向太阳厄运的发生。

  随着科学家继续对太阳系内以及绕其它恒星运动的行星的研究,我们必将能更好地理解像土星这样的巨大气态行星是如何形成的
 

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