天文学家模拟了太阳系行星形成的一个关键

　　Polak和Klahr对小行星质量分布的预测（红圈）与观测（白圈）之间的比较。横轴显示了所讨论小行星的大小，纵轴显示了卵石云总质量的一部分，最终形成了大于或等于选定大小的小行星。如果总质量最终形成一颗小行星，那么这颗小行星的直径将为152公里。根据预测和观测结果，小行星总质量的84%最终落在直径在90公里到152公里之间的天体上。总体而言，原始小行星的质量遵循正态（高斯）分布（蓝线），最有可能的大小为125公里。所有预测都假设每个卵石云的初始质量相同。(H.Klahr/MPIA)

　　据美国物理学家组织网（作者：Max Planck Society）：海德堡大学的布鲁克·波拉克（Brooke Polak）和马克斯·普朗克天文研究所（Max Planck Institute for Astronomy，MPIA）的休伯特·克莱尔（Hubert Klahr）通过比以往任何时候都更精细的模拟，模拟了太阳系行星形成的一个关键阶段：厘米大小的鹅卵石聚集成数十至数百公里大小的所谓小行星。该模拟再现了星子的初始尺寸分布，可以与目前小行星的观测结果进行对比。它还预测了太阳系中近距离双星的普遍存在。

　　在arXiv上发表的一项新研究中，海德堡大学的天体物理学家布鲁克·波拉克（Brooke Polak）和马克斯·普朗克天文研究所（Max Planck Institute for Astronomy）的赫伯特·克拉尔（Hubert Klahr）利用模拟推导出所谓小行星的关键财产，即大约45亿年前太阳系中行星形成的中等大小的天体。

　　使用一种模拟星子形成的创新方法，这两位研究人员能够预测太阳系中星子的初始尺寸分布：在大约10公里至200公里的不同“尺寸范围”内，可能形成了多少个。

　　今天太阳系中的几组天体，特别是主带小行星和柯伊伯带天体，是没有形成行星的星子的直接后代。通过对主带小行星初始尺寸分布的现有重建，Polak和Klahr能够确认他们的预测确实与观测相符。

　　此外，他们的模型成功地预测了离太阳较近的星子与离太阳较远的星子之间的差异，并预测了有多少星子是二元星子。

　　从尘埃到行星的行星形成

　　恒星周围的行星形成分为几个阶段。在初始阶段，围绕新星旋转的原行星盘中的宇宙尘埃颗粒在静电（范德华）力的作用下聚集在一起，形成几厘米大小的所谓鹅卵石。在下一阶段，鹅卵石结合在一起形成星子：直径在几十到几百公里之间的太空岩石。

　　对于这些更大的物体，引力如此强大，以至于单个星子之间的碰撞形成了更大、受引力约束的固体宇宙物体：行星胚胎。这些胚胎可以继续增生小行星和鹅卵石，直到它们变成像地球一样的类地行星。有些人可能会继续积累大量的氢气，形成所谓的气态巨行星，比如木星，或者是天王星。

　　当星子没有变成行星

　　并非所有的星子都成为行星。太阳系历史的一个阶段涉及新形成的木星，今天是太阳系最大的行星，向内迁移，朝向更接近太阳的轨道。这一迁移破坏了其附近的行星形成，木星的重力阻止了附近的星子演化成行星胚胎。天王星和海王星也迁移，但向外迁移到更远的轨道，因为它们与它们之外的星子相互作用。

　　在这个过程中，他们将一些更遥远、冰冷的小行星分散到太阳系内部，菜叶说说，一些则向外。一般来说，远离太阳，小行星之间的典型距离太远，即使是相对较小的类地行星也无法形成行星胚胎。在那个距离的大多数星子根本没有到达行星胚胎阶段。

　　最终，我们的太阳系最终形成了几个区域，这些区域包含了遗留下来的星子或它们的后代：火星和木星之间的主要小行星带既包含了木星阻止形成胚胎的星子，也包含了天王星和海王星向内散布的星子。

　　柯伊伯带的圆盘状结构，距离太阳30至50天文单位，包含太远而无法被天王星和海王星的迁移所干扰的星子，其中约有700000颗大小超过100公里。这是大多数造访太阳系内部的中周期彗星的来源。更远处，在所谓的奥尔特云中，是天王星-海王星迁移而向外散射的天体。

　　行星形成模拟的局限性

　　模拟从厘米大小的鹅卵石到星子的过程是一项挑战。直到大约十年前，当时还不清楚这种转变是如何发生的，当时的模拟并不允许鹅卵石生长超过一米左右。这个特殊的问题已经解决了，因为人们意识到原行星盘中的湍流运动将足够多的鹅卵石聚集在一起形成更大的物体。但所涉及的不同尺度仍然使得行星形成的模拟非常困难。

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