行星的形成

上次談到系外行星的發現與觀測方法，本週來談行星是如何形成的。

天文學界的共識為太陽系始於46億年前一片巨大分子雲中一小塊的重力坍縮。大多坍縮的質量集中在中心，形成了太陽，其餘物質攤平並形成了一個原行星盤，繼而形成了行星、衛星、隕星和其他小型的太陽系天體系統。這被稱為星雲假說的廣泛接受模型，最早是由18世紀的伊曼紐·斯威登堡、伊曼努爾·康德和拉普拉斯侯爵皮耶-西蒙提出，自1950年代太空時代降臨，以及1990年代太陽系外行星的發現，此模型在解釋新發現的過程中受到挑戰又被進一步完善化。從形成開始至今，太陽系經歷了相當大的變化。有很多衛星由環繞其母星氣體與塵埃組成的星盤中形成，其他的衛星據信是俘獲而來，或者來自於巨大的碰撞（地球的衛星月球屬此情況）。天體間的碰撞至今都持續發生，並為太陽系演化的中心。行星的位置經常遷移，某些行星間已經彼此易位。這種行星遷移現在被認為對太陽系早期演化起負擔起絕大部分的作用。

阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)為由電波望遠鏡構成的天文干涉儀。近年來人類用以觀測分子雲內黑暗且濃密的氣體運動，尤其是各個發展階段原恆星盤，以深入探討恆星的形成過程。

後來天文學家也在這些恆星胚胎周圍發現到原行星盤，ALMA 取得影像顯示，環繞在長蛇座TW星周圍的盤面，該論文第一作者是哈佛史密松天文物理中心的Sean Andrews，他表示：「先前藉由可見光和電波望遠鏡的觀測，確認這顆恆星有盤，且盤面特性強烈顯示出行星已開始聚結。這張新ALMA圖像為我們呈現盤面上許多前所未見的細節，它顯示明亮的塵埃環和黑暗縫隙以一圈圈同心圓狀間錯排列，這些特徵表示，在相當於地球繞行太陽的軌道上，一個行星正在形成。」

另外有兩處明顯的暗隙，和中心恆星的距離各分別為30億公里和60億公里，相當於太陽系裡天王星和冥王星與太陽之間的距離。天王星和冥王星在形成初期，同樣也可能經歷過顆粒聚結的過程，最終形成行星。行星會將軌道上的塵埃和氣體清除乾淨，然後就像牧羊人帶領羊群前進一樣，行星會明確的導引剩餘物質到帶狀位置上。

而後在2018 年，天文學家在系統內發現行星 PDS 70b 穿梭於恆星周圍塵埃氣體盤的間隙，說明該行星可能正在吸收物質並留下一條掃乾淨的路，且可以在這過程形成自己的塵埃盤。

為了理解更多資訊，團隊將所有適合觀察的儀器都集中在該系統上，結果 2020 年透過 ALMA 於 PDS 70c 周圍發現灰塵，但第一時間很難區分這顆行星的塵埃盤與母恆星的明亮塵埃盤，所以 ALMA 的天線可以移動帶來最高的角解析度，當團隊再次觀察 PDS 70 系統，終於確認 PDS 70c 周圍存在環行星盤的清晰圖像，該圓盤直徑與太陽到地球的距離大致相同，且質量足以形成多達 3 顆月球大小的衛星。

通過上述ALMA的觀測基本可以確定行星與衛星，甚至包含小行星與彗星都是原恆星形成過程中殘餘的物質再重新因重力作用匯聚而成，換句話說，類似地球的世界再太陽形成前，甚至數億年後都會在銀河系中的某處角落誕生，地球乃至於太陽系在銀河系中並不特別。

至於這些星體，說白話點就是天上的星斗是否都是如同傳說神話裡的神仙永垂不朽的存在呢？之後再來聊。