核吸积
怎样用一层稀薄的气体和尘埃造出一颗行星?想象一个尘埃漩涡绕着一颗新生恒星旋转。那些尘埃颗粒不比烟尘大,但它们互相碰撞、粘连,就像床底下越积越大的灰团。小石子粘成砾石,砾石粘成山块,山块聚成一个小小的岩石世界。一旦这个世界长得够重,它的引力就开始把周围一切都拉过来——先是更多的岩石和冰,接着,如果它长得既大又快,就连周围的气体也一并吞下。核吸积,就是这种耐心地从颗粒一点点垒起来的造行星配方。
在标准图像里,一个固体内核在年轻恒星周围的盘中一步步长大。靠近恒星处太暖,结不成冰,于是内核只能保持又小又岩质,造出像地球那样的世界。在更外侧、所谓雪线之外,水冻结成冰,添入大量额外的固体材料,使内核能长到约十倍地球质量。到那时它的引力已足够强,得以从盘中以失控之势攫取巨量的氢和氦气,膨胀成一颗像木星那样的巨行星。整个过程必须在区区几百万年内完成,赶在恒星的光和星风把气体吹散之前——这正是该模型最紧的约束。
核吸积是对大多数行星(包括太阳系内的行星)如何形成的主流解释,它自然地说明了为什么岩石行星靠近太阳、气态巨行星位于更外侧。它的主要难处在于速度:要赶在气体散尽前迅速垒出一个十倍地球质量的内核,尤其在寒冷的外盘中,相当困难,这也是为什么对某些遥远的巨行星会援引另一种思路(盘不稳定)。随着我们不断发现与太阳系迥异的行星系统,这个模型也在持续被修正。
一般认为,木星先在雪线之外稍远处垒起一个约十倍地球质量的岩冰内核,随后抓取气体之快,使它最终达到三百多倍地球质量——但它那致密的内核至今仍埋在那一身氢气之下,像一份冻结的记录,记着它当初不过是一粒固体种子。
一颗巨行星始于一个小小的固体内核,再靠吞食气体膨胀起来。
核吸积是受青睐的模型,却非定论:要足够快地造出足够大的内核,仍是它最难过的关,某些系统或许还需要别的机制。