太阳系简史：星际尘埃凝聚的奥秘

大多数科学家都认为，如同在原行星盘里所见到的一般，太阳系行星的形成是从细尘粒开始的。这些尘粒慢慢地聚拢到一起，然后发展成越来越大的物体，直到和行星一样大。然而，成为像地球一样大的行星需要巨大数量的尘埃：1后面再加40个0！这说明一定发生了什么重大的转变，毕竟太阳星云存在的时间很可能只有几百万年而已。

了解细尘粒究竟是如何凝聚成一个和行星一般大的物体的，是一个困扰了科学家几十年的难题。在实验室里创造一个行星来检验各种理论是不现实的。话虽如此，但科学家还是可以用做实验的方法来检验尘埃凝聚的初期阶段。引力是研究者们面临的最棘手的难题之一。太阳星云里的尘粒以自由落体的方式落到太阳上，所以尘埃凝聚是在失重的条件下才会发生的。在地球上或者地球附近找到相似的环境难度非常大。科学家曾经在绕地球飞行的NASA航天飞机里做过几次模拟尘埃凝聚的实验。在其中一次实验中，研究人员在一个小型容器中注入了惰性气体和大小类似原行星盘尘埃的尘粒，航天飞机进入轨道之后，天文学家往容器中喷射一股空气将尘埃分离。几秒后，尘粒开始慢慢地互相碰撞，并聚在一起，形成由几十个颗粒组成的长丝。

在第二个实验中，科学家用直径约2.5厘米、移动速度各异的石英颗粒轰击细沙。低速移动的颗粒埋进了沙里，而高速的则再次弹起，把一部分沙子变得更松散。这两个实验说明，太阳星云里的尘埃球可能是由细尘粒构成的，但尘埃球只有在慢慢相撞的情况下才能形成。强大的撞击只会将尘埃球打散，而不会使它们增大。

在太空中进行实验代价非常高昂，科学家通常会使用一些成本更低的替代方法，比如高高的“落塔”。颗粒从100米或以上高度的落塔上掉落到地面的过程中，会经历几秒钟的失重。一些飞行高度不足以绕行的小型低成本火箭也会经历几分钟的微重力。

用于尘埃凝聚实验的最不寻常的装置之一是NASA的KC 135航空器，搭乘过它的人都将它称为“呕吐彗星”。登上这架航空器的不幸的飞行员需要一次次爬上10000米高空，减速，然后再从天上掉下来，最后还要阻止它急速下降，从而避免灾难的发生。在这如过山车般的运动过程中，下降时，飞机上的人经历了微重力，上升时，所有东西的重量又比平时重了一倍。NASA的艾姆斯研究中心利用这一临时失重实验室观察了一个装满气体的透明小容器里的尘粒的增长情况。当一股空气将容器里的尘埃打散后，它们马上又聚到一起，在几秒钟内形成一个几厘米大的集合体。太阳星云里的尘埃会飘散得更远，因此增长速度也更慢。但这一实验戏剧性地证明，尘埃是可以自发聚合成更大的结构的。(www.xing528.com)

所有这些实验的结果都证实了NASA航天飞机上的发现。低速碰撞的尘粒会聚在一起，形成蓬松的集合体；速度加快一点儿的话，尘埃仍然会聚在一起，但所形成的集合体会更为结实；剧烈的撞击会使尘埃互相弹开，而不是聚在一起，这个过程通常会把单个尘埃弹开。高速碰撞会将尘埃球粉碎成小碎片，而不会使它们变大。

如果行星和小行星只是简单地由细尘粒逐渐堆积而来，那么我们可以认为，球粒陨石完全是由尘埃构成的。毫无疑问，单个尘埃会通过撞击和受到母小行星的引力而聚在一起，但是，它们应该幸存了下来并保留着它们的性质。然而，这和我们常见的事实不符。粒状体中的确含有细尘粒，但尘埃只不过是其中的一小部分成分而已。这些陨石的主要成分是粒状体和富钙铝包体，它们的个头比我们在原行星盘里看到的最小的尘粒还要大得多。

粒状体之间的碰撞和微尘之间的碰撞又极为不同。实验显示，粒状体相撞时会将彼此弹走而不会聚在一起。高速碰撞通常会将粒状体撞成碎片，所以粒状体相撞的结果是体积减小，而非变大。陨石里的粒状体一般被细尘围绕着，这些细尘可能是它们从太阳星云里吸积的。如果这圈细尘最初和航天飞机凝聚实验所得到的长丝一样蓬松，那么它们就可以改变粒状体撞击的方式。尤其是，蓬松的尘埃会吸收撞击产生的大量能量，从而使粒状体聚在一起的概率增大。不幸的是，一些撞击最终只会造成分离而非结合，而且尘埃层会很快变得结实，失去黏着力。计算结果显示，哪怕它们有蓬松的尘埃层，粒状体团块也不可能变得比鹅卵石大。

显然，除了简单的黏着外，粒状体累积成比小团块更大的东西还需要另一个过程。事实上，在下文我们会讲到，黏着力造成的成长在只含有细尘粒、没有粒状体的区域势必会停止。