太阳形成是宇宙尘埃堆积坍缩引起的，但同时为什么还会形成木星土星地球等行星呢？ 第1页

Warning：感谢

。答案里有关于尘埃和气体的区分并不是很严格。看来有必要严格区分。待有空了赶紧回来把这个坑填上。 （2015年6月26日已修正）

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

（多图预警）

简单来讲，一块气体云的初始角动量不可能是0。所以随着塌缩的进行，会逐渐形成一个盘，盘除了被中心形成的恒星吸积以外，盘内部也会因为密度不均而产生原行星的种子，最后依靠吸积形成行星。

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

因为正好是我的研究方向之一，所以可以多说一点。不过PS以下，原行星盘的研究是现在很热的领域之一，加之自己是入行没多久的小白，有错的话还请大牛谅解。

首先看一张小质量恒星（如太阳）形成过程的示意图。

首先先是一团气体云塌缩，这块气体云的内部可能包含着很多东西。含量最多的氢，其次是氦，这些是宇宙大爆炸核合成的产物。还会根据情况有一些更重的元素，比如形成生命的必需品碳、氧，或者以及日常生活中常见的铁等等。这些更重的元素多数需要超新星爆发来合成，因此这取决于这块云周围的环境是否发生过超新星爆发，以及发生过几次。在这个过程中相互抗衡的是辐射压力和气体之间的引力，通常经过外界触发（如附近的超新星爆发或者星风）的作用，使得密度不均匀超过一定的限度引起塌缩。这部分不是这个问题的重点，感兴趣的可以查阅：Jeans不稳定性（

）。放上一张哈勃望远镜拍的著名的“创生之柱”，这是一个正在塌缩的气体云。

（P.S. 天文学中尘埃和气体的区别在于气体一般在宇宙中以气态存在，尘埃则以固体存在，并且尘埃经常代表了物质凝结成的更大的分子团。物质状态与环境温度、压强和周围辐射有关，这些又经常受环境影响。由于像氢气这种小分子，在宇宙里以气态或者等离子体存在，对于一大块物质，很难说大家整体都是气体还是尘埃，物质状态又存在过渡。所以本文除非特殊强调某些物质处在尘埃状态，如果大多数是气体的话则称之为气体。）

关键问题是由于角动量守恒，初始一团气体的一点点角速度随着塌缩的进行，尺度减小会产生很大的角速度，从而产生原行星盘。（顺便提一下，盘结构在天体物理的吸积过程中非常常见，例如活动星系核中心超大质量黑洞的吸积也伴随着吸积盘。）这是恒星形成过程会伴随着行星形成的关键。盘结构产生的同时，由于塌缩过程伴随着引力势能的释放，中心恒心会开始发出辐射，盘的两级会产生喷流。由于初始阶段吸积还很剧烈，所以辐射和星风都很强，内部向外的辐射和来自外面其他星的辐射会在某一个面达到势均力敌，产生一个激波面，在外面看起来会像一个气泡。

天文学家还真管这个叫bubble。放上一张观测到的bubble给大家看，来自猎户座大星云的恒星形成区。猎户座大星云非常明亮，天气晴朗的冬天，在城市里肉眼就可以辨别出。

在bubble里依稀可以看见有盘结构的存在。右侧黑色的椭圆就是已经进行到下一阶段的裸露的盘。

这个时候有人会问了，既然恒星还在吸积，那么尘埃都被吸积到中心恒星了怎么还会产生行星？问题是，到了这一步，恒星的吸积速度会大幅度降低。原因见下面这张图。

这时中心恒星核反应逐渐点燃，恒星的辐射将会逐渐把其附近的物质吹散，所以吸积盘将不再直接与恒星接触。盘物质掉落到恒星的过程将依赖于磁场。因为靠近吸积盘上的物质多数都处于被电离的状态，成为非常理想的等离子体。等离子体的一大性质就是会倾向于沿着磁感线跑，所以这个时候外面的物质会沿着恒星附近的磁场坠入恒星。但是这一过程的速度会受制于“螺旋桨效应”——因为中心恒星的自转会带动磁场旋转，所以坠落的等离子体的角速度就会等于中心恒星的角速度，坠落速度受制于离心效应。

顺便提一下，这个过程同时解释了为什么像木星，土星，天王星，海王星这样的气体或液体星球会位于太阳系的外围，因为像下面这张图所示，比较重的尘埃粒子不容易被星风吹走，而轻的气体都会被吹到外面去。（当然现在系外行星发现了很多气体行星非常靠近母恒星，与此理论不符，这个有一些争议和解释，暂且不表，感兴趣的可以自己查）

到了这一部分可以说到行星形成的最后一部分。盘结构当中的密度不均会形成行星的种子，密度比较大的区域会逐渐在盘中吸积附近的尘埃，最终形成行星。现在有很多对于盘结构的模拟证实了这一过程。例如下面各处这张图属于国外的一个团队（随便谷歌来的），他们模拟的动画可以在这个链接看：

这个模拟简单来说就是在一个均匀的盘上面放上一个质量略大的点，称之为原行星，然后看盘的结构变化。可以看到，行星会逐渐吸积附近的物质，然后在盘上打开一个缺口。

就这样，最后盘上的物质要么被中心恒星吸积，要么形成行星，要么被吹走，所剩无几。而剧烈的恒星形成过程将趋于平静。放一张这一阶段的所剩无几的尘埃盘。

来自哈勃拍摄的著名的恒星北落师门，位于南鱼座，比较靠南的同学可以看见。因为中间恒星太过于明亮，所以用一些技术把它挡住，可以看到环状的尘埃带。在右下角放大的图里可以看见一颗行星，在2004年和2006年的图片中有明显位移。（不过这个行星有很大争议，因为2011年的观测中它不见了，2013年又再次出现。）

这就又说到系外行星了。系外行星现在是天文学中数一数二的热门领域，所以带动了恒星形成，盘结构等等一系列领域在近几年蓬勃发展。

题主的问题在这里基本解决了，尘埃的塌缩会形成盘结构，而不是一个完美的球，而盘上的物质将不容易落入中心恒星，从而给行星形成创造了时间。最后有人会问了，这一过程真的是太阳系形成的过程么？放上太阳系盘结构的遗迹——黄道光。

这张图由我亲自拍摄于美国光学天文台基特峰观测基地。下部分横过来的光带是冬季银河，而从右下到左上的光柱就是黄道光。在环境比较好的地方，日落后或日出前，在昏影或晨光完全看不见的时候，用肉眼就可以看见这样一条贯穿黄道的光柱。黄道简单来说就是地球绕太阳的公转平面，也是其他大行星的公转平面。在这个平面上还有一些残存的尘埃散射太阳光，就形成了黄道光。所以这张图可以看见我们人类生存在的两个宇宙中的盘系统，太阳系和银河系。

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

最后小吐槽以下分类标签。知乎的天文还是要提高一些基础的姿势水平啊＝ ＝。 宇宙学通常是指以宇宙为研究对象的科学，一般红移太低都不好意思叫宇宙学…… 已经看见不少宇宙学分类下的问题都有这个bug。所以默默的把这个的标签删掉了，分类到天体物理学就好了。