在太陽系形成的早期，要生成一顆行星，最快的途徑可能是一堆小型天體的堆砌，而不是大型天體的結合。

大約45億年前，太陽系還是一個幼兒園，其中滿是蹣跚學步的幼年行星。

太陽系誕生後，一些氣體與塵埃殘留下來，形成原行星盤，在初生的太陽周圍旋轉，其中點綴著各種巖質天體，有直徑在1到100公里之間的微行星，也有直徑約1000公里的原行星。這情景，就彷彿把一群孩子圈在一處，他們的個頭還大小不一。

藝術想象圖：原行星盤包圍下的一顆恆星

跟任何幼兒園一樣，這是個鬧哄哄的地方。微行星呼嘯而過，時不時跟其他微行星“撞車”。在“事故現場”旁邊，塵埃與岩石碎片飛馳而過。幾百萬年之後，這場喧囂終於平息，今日所見的太陽系行星中，大部分行星開始亮相。

科學家曾以為，行星之所以形成，是緣於微行星的碰撞融合，就好像一把把的橡皮泥被捏到一起。但這樣的過程耗時過長。最近，天文學家又提出一種新的假設來解釋幼年行星的成長曆程。

計算機模擬顯示，在原行星盤中，碎石會主動飛向原行星，一轉眼，就使它成長為羽翼豐滿的行星——就彷彿小孩突然之間長肉、長個，變成大人。

這被稱為“碎石吸積”理論，它正在重塑科學家對早期太陽系的想象。它也開啟了新的研究方向，比如探究除太陽以外，其他恆星的行星是如何形成的。“這樣形成天體既快又簡單。”該理論的提出者之一、瑞典隆德大學天文學家米希爾·蘭布萊希茨（Michiel Lambrechts）說，“碎石吸積理論解答了很多問題。”

其中最主要的就是時間問題。模型顯示，隨著氣體逐漸蒸發，塵埃被早期太陽的引力場收走，原行星盤會逐漸消散，這個過程耗時100萬年至1000萬年之間。在其消散以前，最大的幾顆行星，比如木星和土星，已經通過某種方式擁有了質量相當於十個地球的行星核。這個過程要是靠微行星，所需時間就太長了，因為微行星遇到幼年行星時，通常會與之擦肩而過，不會被其重力俘獲。

碎石吸積：一顆碎石從原行星天體旁掠過，在進入原行星引力範圍（虛線所示範圍）時，受到周圍氣體的摩擦並減速，從而被原行星的引力所俘獲，以螺旋軌道落向天體。比碎石更大的微行星則會與之擦肩而過。久而久之，大量碎石與原行星融為一體，使之迅速壯大。

另一方面，碎石很容易被原行星的重力捕獲，這樣只需吸積100萬年左右，行星就能形成。已知這種碎石是存在的，因為天文學家曾在一些幼年恆星的周圍，觀測到繞行的碎石。射電望遠鏡（比如美國新墨西哥州的甚大陣望遠鏡）通過測量碎石的無線電波長，得知了原行星盤中碎石的大小。這些原行星盤中通常含有大量碎石——有的質量相當於地球的數百倍——它們緩緩向恆星漂去。

這些碎石由更小的塵埃碰撞融合而成。“原行星盤中，大部分塵埃都變成了碎石。”碎石吸積理論的另一位提出者、隆德大學天文學家安德斯·喬漢森（Anders Johansen）說。他將原行星盤稱為“碎石工廠”。

2010年前後，喬漢森和蘭布萊希茨開始好奇：這些碎石是否跟行星形成有關。他們展開了一系列計算，看碎石跟原行星盤中其他更大的碎片之間，可能會產生怎樣的互動。他們意外地發現，這些碎石可以迅速吸積到原行星上。

關鍵在於摩擦。設想有一顆直徑100公里的原行星，一連串碎石從旁掠過，並在氣體的摩擦下，不斷減速，最終被原行星的引力場捕獲，以螺旋軌道，墜向它的表面。每一次撞擊都為原行星增加一點點質量——次數一多，原行星的直徑很快增長到1000公里。“從很多方面看，碎石吸積都是天體增加質量的最高效方式。”蘭布萊希茨說。

如果某個原行星盤中一半是微行星，一半是碎石，那麼，碎石吸積的效率將是微行星結合的1000倍，蘭布萊希茨說。

碎石吸積理論有助於解釋太陽系的多個特徵。

比如，美國宇航局（NASA）的“朱諾號”飛船正在繞木星飛行，它發現，這顆氣體巨行星的行星核比科學家預期的更大、更彌散。這可能意味著碎石吸積在發揮作用，喬漢森說——要在原行星盤消散以前，及時形成如此巨大的行星核，碎石吸積是唯一途徑。

對於久未解開的天王星和海王星形成之謎，碎石吸積理論也帶來了啟發。這兩顆冰巨行星很令人不解：一開始，它們的行星核都不小，但後來並沒有像木星和土星一樣，被大量氣體包裹起來。可能的解釋是，幼年木星和幼年土星後來達到了“碎石孤立質量”，周圍氣體產生衝擊壓，將所有迫近的碎石推出。一旦停止吸積碎石，木星和土星就開始聚集氣體。而天王星和海王星從未達到碎石孤立質量（軌道距離越大，對應的碎石孤立質量越高），於是變成了冰巨行星，而不是氣體巨行星。

凍結中萌芽：原行星也許能靠碎石不斷壯大，但它們本身又是如何形成的呢？一種猜想是，這些行星種子形成於“凍結線”（恆星周圍，液態水開始凍結的界限）外不遠處。在冰雪覆蓋下，塵土顆粒密度增加，凝聚起來的團塊比在液態水區域更大，移動速度也更快。這導致冰碎石在凍結線外不遠處堆積，這些團塊可能就成了行星的種子。

在太陽系之外，碎石吸積理論也解釋了一些謎團，比如在距恆星很遠處，大型行星是如何形成的。以飛馬座的年輕恆星HR 8799為例，它距地球約129光年，擁有四顆體積比木星還大的行星，這些行星與HR 8799之間的距離是日地距離的68倍（相比之下，木星與太陽的距離是日地距離的五倍左右）。喬漢森和蘭布萊希茨的計算機模擬顯示，就算與恆星距離再遠，這些行星也有可能啟動碎石吸積，變得越來越大，並不斷靠近恆星，直至進入當前軌道。在原行星盤存在的時間跨度內，這整個過程都可以上演一遍。而舊的假設下就不行了，因為在那麼遠的地方，微行星的數量根本不夠，無法形成高效的吸積。

一個很大的問題仍有待解答：原行星又是從哪兒來的？一種可能的答案是凍結線——恆星周圍，液態水開始凍結的界限。

在那裡，塵埃和碎石由溼變幹，物理性質出現變化。它們開始“抱團”。不同於原行星盤中其他部分，它們在這裡可以大塊凝聚，充當原行星的種子，吸積其他碎石。

因此，凍結線成了最早一批原行星誕生的最佳地點，蘇黎世大學天體物理學家喬安娜·德拉科斯卡（Joanna Drążkowska）說。這些最早的原行星一經成形，就會開始吞噬原行星盤中的碎石。

這一場景有可能就發生在寶瓶座。寶瓶座有最知名的行星系統之一，七個地球般大小的行星繞著恆星TRAPPIST-1轉動，距地球39光年。最近，阿姆斯特丹大學天文學家克里斯·奧梅爾（Chris Ormel）和同事們計算得出，原行星在恆星周圍的凍結線處開始成形，繼而通過碎石吸積，迅速成長起來。到了和地球差不多大小的時候，由於引力與周圍原行星盤的作用，吸積過程戛然而止。“經典理論很難解釋這一系統。”奧梅爾說——但碎石吸積理論可以。

隨著天文學家發現的恆星和行星越來越多，碎石吸積理論將有助於他們理解各種行星的演化過程，蘭布萊希茨說。“有了碎石吸積理論，與行星形成有關的一切都變得活躍起來。”

翻譯：雁行

校對：其奇

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