地球诞生新说：或是大量鹅卵石碰撞融合而成

想象一下卵石流冲过直径100公里的原始行星表面。当鹅卵石穿过圆盘中的气体时，摩擦力会减缓它们的速度，足以被原行星的引力场捕获。

在我们太阳系的早期，行星形成陨石坑的最快方式是通过大量小天体(而不是大天体)的碰撞和融合。

一幅艺术作品展示了一颗被原始行星盘环绕的恒星。

大约45亿年前，太阳系是一个充满星球儿童的托儿所。围绕着年轻的太阳旋转的是一个由太阳系诞生时留下的气体和尘埃组成的圆盘。围绕在轨道圆盘周围的是直径约1至100公里的小行星或岩石天体，以及直径约1000公里的较大原行星。这就像一群不同大小的孩子被锁在同一个房间里。

像所有的托儿所一样，这是一个嘈杂的地方。星子呼啸而过，偶尔会撞上对方。灰尘和岩石碎片迅速穿过灾区。这种学前混乱花了数百万年才稳定下来，并形成了今天的大多数行星。科学家过去认为行星是由小行星的碰撞和融合形成的，就像珍珠陶土玩具一样。然而，事实证明，这一过程耗时太长。所以天文学家最近提出了一个新理论来解释小行星的形成。

计算机模拟显示，在布满灰尘的圆盘中，许多鹅卵石形状的小天体会附着在不断增长的原行星上。这些小天体很快结合在一起，使原来的星球迅速成长为一个成熟的星球，就像一个孩子突然变得足够重，成为一个成年人。这一理论被称为“鹅卵石重铺”假说，正在重塑科学家们对早期太阳系形成的看法。此外，它还开辟了新的研究方向，如探索行星如何围绕恒星而非太阳形成。

该理论的合著者、瑞典隆德大学的天文学家米希尔·兰布雷斯说:“这些天体的形成更快、更容易。鹅卵石堆积假说为许多问题提供了解决方案。”在这些问题中，第一个问题是，在尘埃盘耗尽所需物质之前，行星是如何形成的？该模型显示，当尘埃盘中的气体蒸发，其尘埃螺旋进入新生太阳的引力时，它将在100万到1000万年后消失。

在尘埃盘消失之前，最大的行星(如木星和土星)将以某种方式聚集大约10个地球质量的核心。通过小行星的碰撞和融合形成一颗行星需要太长的时间，因为小行星通常在小行星上快速飞行而不会被重力捕获。另一方面，小卵石物体很容易被原始行星的重力捕获，它们的积累可以帮助在大约一百万年内形成一个行星。

天文学家知道这样的小卵石物体存在是因为他们看到它们在小恒星周围移动。射电望远镜(例如新墨西哥州索科罗附近的一个大阵列)通过无线电波发射光来测量原行星尘埃盘中的粒子大小。这些圆盘通常包含大量鹅卵石天体。在某些情况下，相当于数百个地球质量的物体慢慢向恒星漂移。

当更小的尘埃粒子碰撞并融合时，鹅卵石就形成了。兰德大学的天文学家、鹅卵石吸积理论的另一位合著者安德斯·约翰森说:“圆盘上的大部分灰尘已经变成了鹅卵石。”他称最初的行星圆盘为“鹅卵石工厂”

大约在2010年，约翰逊和兰布雷特很想知道这些鹅卵石和地球诞生之间的关系。他们开始了一系列的计算，包括卵石如何与漂浮在原始行星盘上的其他大碎片相互作用。令约翰逊和兰布雷特惊讶的是，他们发现鹅卵石能很快覆盖原始星球。

关键在于摩擦。想象一下卵石流冲过直径100公里的原始行星表面。当鹅卵石穿过圆盘中的气体时，摩擦力会减缓它们的速度，足以被原行星的引力场捕获。

鹅卵石开始围绕更大的岩石物体旋转，很快就会与它们的表面碰撞。每次碰撞都会增加少量质量。在这样的碰撞中，原始行星将会迅速成长，直径达到1000多公里。兰布雷特斯说:“从许多方面来说，鹅卵石堆积是增加原始行星质量的最有效方法。”如果原行星盘包含相等的岩石质量，即一半小行星和一半卵石，卵石的效率是小行星的1000倍。从2012年开始，约翰逊和兰·布雷克在一系列论文中报告了他们的初步想法，并在去年的《地球和行星科学年鉴》上发表了一篇评论文章。

鹅卵石增生假说有助于解释许多关于太阳系特征的问题。例如，美国国家航空航天局的“朱诺”探测器，现在正围绕木星运行，发现这颗气态巨行星的核心比科学家们预期的要大得多，也更分散。约翰森认为，这可能意味着鹅卵石吸积假说正在起作用，这也是在尘埃盘消散之前的可用时间内形成行星核心的唯一方法。

鹅卵石增生假说也阐明了天王星和海王星形成的长期秘密。令人困惑的是，这些巨大的冰行星开始形成巨大的核心，不像木星和土星，它们存在大量的气体。木星和土星在童年早期最终达到了一个临界点，可以称之为“卵石隔离质量”。在此期间，它们足够大，足以在周围气体中产生压力碰撞，将任何接近的鹅卵石推开。一旦停止吞咽鹅卵石，木星和土星开始吸入气体。相反，天王星和海王星从未达到“卵石隔离质量”，反而增加了轨道距离。因为这个原因，他们变成了“冰巨人”而不是“气体巨人”。

在太阳系之外，鹅卵石吸积也解释了许多秘密，例如远离恒星的行星的形成。例如，位于飞马座(距地球约129光年)的年轻恒星HR 8799有四颗比木星大的行星，它们离恒星的轨道距离是地球到太阳距离的68倍。相比之下，木星的轨道距离大约是地球到太阳距离的五倍。

约翰森和兰布雷特的计算机模拟显示，这些行星可能形成于更远的地方，并含有鹅卵石。随着它们向当前轨道旋转，它们变得越来越大。整个过程可能发生在原始行星盘的生命周期中。在旧理论中这是不可能的，因为在那个距离没有足够多的星子来有效地繁殖。

一个更大的问题仍然没有答案:最初的行星来自哪里？一种可能性是所谓的“雪线”，即能够冻结液态水的恒星之间的距离。在那里，灰尘和鹅卵石的物理性质发生了变化，因为它们经历了从湿到干的过程。它们开始聚集在一起，不像被其他恒星包围的圆盘，它们可以形成更大的体积，并作为其他鹅卵石聚集的行星的种子。

苏黎世大学的天体物理学家乔安娜博士？？Kowska)最近说，这使得“雪线”成为第一颗原行星诞生的最佳地点。当这些最初的原行星形成时，它们可以开始吞噬圆盘上的其他鹅卵石。这可能发生在最著名的行星系统之一，即TRAPPIST-1，一颗有7颗类地行星的恒星，距离地球39光年。

阿姆斯特丹大学的天文学家克里斯·奥姆尔和他的同事们最近计算出，原始行星开始在恒星周围的“雪线”上形成，然后通过增加鹅卵石而迅速增长。由于重力对周围圆盘的影响，当这些新诞生的行星和地球一样大时，它们就停止了生长。荷马说:“这个特殊的系统很难用经典理论来解释，但它符合鹅卵石吸积假说。”

Lambrechts说，随着天文学家发现越来越多的行星和恒星，鹅卵石吸积假说可以帮助他们了解更多的行星是如何进化的，从而使所有的行星都更有活力。