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在我們太陽係早期，行星最快的形成方式坑是大量小型天體（而非巨大天體）互相碰撞融閤而成。

圖1：藝術渲染圖，一顆恒星被原行星盤包圍

大約45億年前，太陽係堪稱是個充滿行星幼兒的托兒所。在年輕的太陽周圍，鏇轉著一個由太陽係誕生而留下的氣體和塵埃構成的圓盤。環繞在軌道圓盤內的是星子（planetesimals，即直徑約1至100韆米的岩石天體），以及直徑約1000韆米的更大原行星。這就好像一群不同大小的孩子被關進瞭同一個房間。

像所有的托兒所一樣，這是個吵鬧不堪的地方。星子呼嘯而過，偶爾會撞到一起。塵埃和岩石碎片迅速地穿過災區。花瞭幾百萬年的時間，這種學齡前的混亂纔穩定下來，今天的大部分行星就此形成。科學傢們過去認為，行星是由星子相互碰撞和融閤形成的，就像培樂多泥膠玩具那樣。但事實證明，這一過程耗時時間太長。所以天文學傢最近提齣瞭一種新說，來解釋小行星的形成過程。

計算機模擬顯示，在布滿塵埃的圓盤內，有許多鵝卵石狀小型天體會附著在不斷壯大的原行星上。這些小天體迅速地結閤在一起，使得原行星迅速成長為成熟的行星，就像一個孩子突然間獲得足夠的重量，成為一個成年人。這一理論被稱為“鵝卵石加積”(pebbleaccretion)假說，正在重塑科學傢們對早期太陽係形成的看法。此外，它也開啓瞭新的研究方嚮，比如探索行星如何圍繞除瞭太陽外的其他恒星形成的。

瑞典隆德大學的天文學傢、該理論的閤著者邁剋爾·蘭布雷希茨（Michiel Lambrechts）說:“這些天體的形成更加快速輕鬆，鵝卵石加積假說提供瞭很多問題的解決方案。”在這些問題中，首要的問題是，在塵埃盤耗盡所需原料之前行星是如何形成的？模型錶明，當塵埃盤中的氣體蒸發，其塵埃螺鏇進入新生太陽的引力中時，它將會在大約100萬到1000萬年時間裏消失。

在塵埃盤消失之前，最大的行星（比如木星和土星）會以某種方式聚集大約10個地球質量的核心。通過星子碰撞融閤形成行星的時間太長瞭，因為星子通常會在沒有被重力捕獲的情況下，急速飛過嬰兒行星。而另一方麵，小型鵝卵石天體很容易被原行星的引力捕獲，它們的積纍可以幫助在100萬年左右的時間裏形成一顆行星。

天文學傢們知道這樣的小鵝卵石天體是存在的，因為他們已經看到它們在小恒星周圍運行。射電望遠鏡（例如位於新墨西哥州索科羅附近的大型陣列），通過在電波中發光的方式測量瞭原行星塵埃盤中粒子的大小。這些圓盤中通常含有大量的鵝卵石天體。在某些情況下，相當於數百個地球質量的物體慢慢嚮恒星漂移。

當較小的塵埃顆粒碰撞閤並時，鵝卵石就形成瞭。蘭德大學天文學傢、“鵝卵石加積”理論的另一位閤著者安德斯·約翰森(Anders Johansen)說：“圓盤上的大部分塵埃變成瞭鵝卵石。”他把原行星盤稱為“鵝卵石工廠”。

大約在2010年時，約翰森和蘭布雷希茨産生好奇，想知道這些鵝卵石與行星誕生之間的關係。他們開始瞭一係列的計算，包括關於鵝卵石如何與漂浮在原行星盤上的其他大碎石塊的相互作用。令約翰森和蘭布雷希茨吃驚的是，他們發現鵝卵石可以迅速地覆蓋到一顆原行星上。

關鍵在於摩擦。想象一下，鵝卵石流在直徑100韆米的原行星錶麵飛馳而過。當鵝卵石穿過圓盤中的氣體時，摩擦力使它們減速到足以被原行星引力場捕獲的程度。

鵝卵石開始繞著更大的岩石天體鏇轉，很快就會與其錶麵相撞。每一次碰撞都增加一小部分質量。在這樣的碰撞中，原行星會快速增長，達到直徑1000韆米以上。蘭布雷希茨說：“從很多方麵來看，鵝卵石加積是增加原行星質量的最有效方法。”如果一個原行星盤包含相等的岩石塊，即半數星子半數鵝卵石，那麼鵝卵石比星子的效率高1000倍。約翰森和蘭布雷希在2012年開始的一係列論文中報告瞭他們的初步想法，並在去年的《地球與行星科學年鑒》上發錶瞭綜述文章。

鵝卵石加積假說有助於解釋許多關於太陽係特性的問題。比如，現在環繞木星運行的美國宇航局“硃諾號”探測器發現，這個氣態巨行星的核心比科學傢預期的要大得多，也更分散。約翰森認為，這可能意味著鵝卵石加積假說在發揮作用，這也是在塵埃盤消散之前，在可利用的時間內形成行星核心的唯一方法。

鵝卵石加積假說也闡明瞭天王星和海王星形成的長期秘密。令人費解的是，這些冰態巨行星以巨大的內核開始形成，而不像木星和土星那樣以大量的氣體形式存在。幼兒期的木星和土星最終到達瞭可被稱為“鵝卵石隔離質量”的臨界點，它們在這個期間已經足夠大，可以在周圍的氣體中産生壓力碰撞，把任何接近的鵝卵石推開。一旦它們停止吞噬鵝卵石，木星和土星就開始吸入氣體。相比之下，天王星和海王星從來沒有達到“鵝卵石隔離質量”，反而增加瞭軌道距離。為此，它們變成瞭“冰巨人”而不是“氣巨人”。

在太陽係之外，鵝卵石加積作用也解釋瞭許多奧秘，比如行星在離恒星很遠的距離形成。例如，飛馬座中年輕的恒星HR 8799（距離地球約129光年），它有4顆比木星更大的行星，它們距離恒星的軌道距離是地球到太陽距離的68倍。相比之下，木星的軌道距離大約是地球到太陽距離的5倍。

約翰森和蘭布雷希茨的計算機模擬錶明，這些行星可能形成於更遠的地方，並把鵝卵石捲入其中，隨著朝著現在的軌道鏇轉，它們的體型變得越來越大。整個過程可能發生在原行星盤的生命周期中。這在舊有理論中是不可能發生的，因為在那麼遠的距離沒有足夠的星子來有效地加積。

一個更大的問題仍然沒有答案，即最初的原行星從何而來？一種可能是被稱為“雪綫”（snow line）的地方，即可以讓液態水結冰的恒星距離。在那裏，塵埃和鵝卵石的物理性質發生瞭變化，因為它們經曆瞭從濕到乾的過程。它們開始聚集起來，不像其他恒星環繞的圓盤，它們可以形成更大的體積，充當其他鵝卵石加積的行星種子。

蘇黎世大學天體物理學傢喬安娜·德拉科斯卡(Joanna Dr??kowska)說最近錶示，這使“雪綫”稱為首顆原行星誕生的最佳地點。當這些最初的原行星形成之後，它們就可以開始在圓盤上吞噬其他鵝卵石。這種情況可能發生在最著名的行星係統之一身上，即擁有7顆類地行星的恒星TRAPPIST-1，它距離地球39光年。

阿姆斯特丹大學天文學傢剋裏斯·奧梅爾（Chris Ormel）和他的同事們最近計算齣，原行星開始在恒星周圍的“雪綫”上形成，然後通過吸積鵝卵石迅速生長。由於重力對周圍圓盤的影響，這些剛剛誕生的行星在與地球體積相當的時候停止壯大。奧梅爾稱：“這個特殊的係統很難用經典理論來解釋，但卻符閤鵝卵石加積假說。”

蘭布雷希茨錶示，隨著天文學傢發現越來越多的行星和恒星，鵝卵石加積假說可以幫助他們理解更多行星是如何進化的，它使所有的行星形成更具活力。 （小小）