寻找真正的原行星盘-太阳系简史

但是，希望马上就破灭了。科学家很快发现，绘架座β星、织女星和IRAS发现的其他恒星盘都不是真正的原行星盘。尽管它们都含有大量尘埃，但还不足以构成行星系统，而且似乎也没有气体存在的迹象。太阳这类恒星的主要成分是氢和氦，当被压缩成盘状时，这些元素一般以气体的形态存在。既然恒星和原行星盘都是由同一个分子云的核同时形成的，那么它们的成分应该差不多，但IRAS观测到的恒星盘显然不同。虽然它们有足够多的尘埃形成岩质行星，但由于没有氢气和氦气，所以无法孕育出像木星一样的气态行星。

深入研究后，科学家还是没有在绘架座β星、北落师门和波江座ε星上发现气体。它们的成分似乎全是固态的细尘粒。由于缺乏气体，这些尘埃非常不稳定。因此，这些尘埃会经常和其他尘埃高速相撞，破碎变成更细的颗粒。随着时间的推移，恒星的光将改变细尘粒的轨道，它们或是被恒星吸积，或是被吹入星际空间。计算结果显示，绘架座β星和织女星的原始尘粒应该早就已经不在了。今天我们所看到的恒星盘一定是由第二代尘埃组成的，这些尘埃应该是最近才由小行星相撞后形成的，或者是从彗星脱落的。今天，天文学家将这些由小行星和彗星残骸组成的恒星盘称为碎屑盘，而它们里面很可能有行星形成时留下的残骸（图8-3）。

图8-3　哈勃空间望远镜拍摄到的两颗恒星周围的碎屑盘，一个是侧立图，一个是正面图。左下角的椭圆和圆圈代表与碎屑盘同向旋转的海王星轨道的大小［图片来源：显微镜座AU恒星（左）：NASA，ESA，J.E.Krist（STScI/JPL），D.R.Ardila（JHU），D.A.Golimowski（JHU），M.Clampin（NASA/GSFC），H.C.Ford（JHU），G.D.Illingworth（UCO-Lick），G.F.Hartig（STScI），and the ACS Science Team；恒星HD 107146（右）：NASA，ESA，D.R.Ardila（JHU），D.A.Golimowski（JHU），J.E.Krist（STScl/JPL），M.Clampin（NASA/GSFC），J.P.Williams（UH/IfA），J.P.Blakeslee（JHU），H.C.Ford（JHU），G.F.Hartig（STScI），G.D.Illingworth（UCO-Lick），and the ACS Science Team］

虽然碎屑盘并不是原行星盘，但它们的体积大小、形状和尘埃成分都说明它们和原行星盘关系很大。有碎屑盘的恒星的年代一般比前一章提到的猎户座星云里的金牛T型星和金牛座-御夫座星云里的恒星更古老。最明显的解释就是，碎屑盘是由真正的原行星盘在早期失去气体后演化而来的。许多拥有碎屑盘的恒星都能孕育行星，但如果想亲眼见证它们是如何形成行星的，恐怕要穿越回几百万年前才行。(www.xing528.com)

幸运的是，有可靠证据显示，尽管无法被直接观察到，但大部分金牛T型星都拥有气体盘。早在20世纪40年代，天文学家就已经知道这些年轻恒星的光谱里含有发射线——分布于某些固定离散波长处的过量可见光和紫外光，同时金牛T型星的亮度随时间的变化也非常大，这两个现象很可能是气体盘内沿的热气体掉落到恒星上所致。金牛T型星还经常有红外超，这说明它们的盘里含有气体和尘埃。和多数碎屑盘不同，围绕在金牛T型星周围的尘埃的温差很大，这说明尘埃盘很大。一般情况下，金牛T型星中的尘埃会从距离恒星零点几天文单位的地方延伸到几十乃至几百天文单位之远，其范围之大足以覆盖太阳系所有行星的轨道。

从金牛T型星光谱里的发射线强度来看，气体正在以每几百年一个地球质量的速度快速坠落到这些恒星上。这个气体吸积速度与诞生几百万年的恒星差不多。如果这么长时间以来，这些恒星一直以如此快的速度吸积气体，那么它们盘里最初含有的物质一定是木星质量的几十倍之多，这一数值和根据它们含有的尘埃数量推测出的总质量几乎一致，而这些材料已经足够形成太阳系的行星了。看来，金牛T型星的星盘应该和我们猜想已久的太阳星云一样，都是真正的原行星盘。

金牛T型星周围的气体因为高度透明而很难被看见。通过原行星盘光谱的可见光和红外光区域看到的氢气和氦气的特征寥寥无几，因此尤其难以探测。其他气体，如一氧化碳和氰化氢则比较容易探测到。目前，很多原行星盘都被发现存在这些气体。科学家借助射电望远镜观测一些星盘后发现，这些气体如料想一般绕着中央的恒星旋转。我们还可以通过分析这些恒星的光谱来确定星盘里尘粒的构成物质。岩石硅酸盐、石墨、冰、复杂有机物，甚至小颗的钻石，都是原行星盘中常见的物质。