解释这个!行星是如何形成的？
图片来源：Unsplash/Alexander Andrews
解释这个!行星是如何形成的？
在这一集的 边缘在今天的播客节目中，我们和波士顿大学天体物理学家凯瑟琳·埃斯帕拉一起来一趟太空和太阳系之旅，她会教我们澳门威尼斯人注册原行星盘、小恒星和行星的知识
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起初，宇宙只包含氢和氦。但是，我们是如何从那里到达现在我们所知道的宇宙的——一个充满了大量复杂的恒星、行星和星系的宇宙呢？这些天体是如何形成的，又是由什么形成的？这些问题构成了波士顿大学艺术与科学学院天文学教授、波士顿大学天体物理澳门威尼斯人注册网站研究所所长凯瑟琳·埃斯帕拉特（Catherine Espaillat）所做澳门威尼斯人注册网站研究的基础。
在某种程度上，宇宙中的一切都有一个生命周期，包括恒星、卫星和行星。埃斯帕拉特的澳门威尼斯人注册网站研究利用了美国宇航局超强的詹姆斯·韦伯太空望远镜，澳门威尼斯人注册网站研究了婴儿恒星如何与被称为原行星盘的太空尘埃和气体区域相互作用，从而成为像我们的地球、太阳和月球这样的天体。
外卖
- 行星在年轻的恒星周围形成，年轻的恒星形成于被称为原行星盘的气体云和太空尘埃中；太阳系主要小行星带中的一些岩石含有这些圆盘的证据——这意味着，如果条件不同，它们本身也可能成为行星。
- 太空冰在行星形成过程中的作用不容忽视。埃斯帕拉特说，太空冰起到了凝固剂的作用——换句话说，就是一种粘合剂——帮助形成了像木星这样的气态巨行星的核心。
- 年轻的明星有多大？埃斯帕拉特观测的最年轻的婴儿恒星有100万年的历史；最古老的可以有1000万年的历史。
成绩单
The Brink：你正在听的是Explain This！我们来自The Brink的新播客探索了波士顿大学所做澳门威尼斯人注册网站研究的大大小小的图片，从微生物学到艺术史，以及介于两者之间的一切。加入我们，我们将采访校园专家，他们将澳门威尼斯人注册网站研究领域分解并将他们的工作应用于现实世界。
埃斯帕拉特：所有恒星都是由原行星盘形成的。所以所有恒星都有可能拥有行星。当人们寻找系外行星，也就是太阳系外的行星时，他们发现大多数恒星都有行星。所以，行星的形成似乎是一个非常有效的过程。这只是为了弄清楚我们究竟是如何到达行星的。
柯拉罗西：数十亿年前，太阳还是一颗刚刚起步的年轻恒星，在稠密的尘埃和气体云中旋转。科学家们并不完全确定它是如何形成的，但最终，它成长为我们熟悉的太阳系中心的明亮的氢和氦球。这些密集的尘埃和气体云被称为原行星盘，本质上，它们为生长中的恒星提供食物，并积聚成行星。科学家们通过观察银河系中的原行星盘来了解行星和恒星形成的早期阶段，从而为太阳和地球的早期形成提供线索。波士顿大学天体物理澳门威尼斯人注册网站研究所所长凯瑟琳·埃斯帕拉特（Catherine Espaillat）澳门威尼斯人注册网站研究行星和年轻恒星的形成，方法是利用多波长、高功率望远镜和计算机建模在野外观察它们。我是杰西卡·科拉罗西，波士顿大学的科学作家，今天，我们要谈论的是太阳系和宇宙中其他地方行星的形成。凯瑟琳，非常感谢你能来。
CE：我的荣幸。不，我喜欢任何谈论新星的机会。
周：太好了，这正是我们想听到的。你能先给我们介绍一下什么是原行星盘，以及行星是如何在其中形成的吗？
CE：是的，所以我们认为行星是在年轻的婴儿恒星周围形成的。所以，年轻的恒星和我们的太阳也经历了这样一个阶段，当它还是一个婴儿恒星时，它从云层中形成。所以如果你观察我们的太阳系，你可以看到太阳周围有一个原行星盘的证据。这是因为，如果你看我们太阳系的边缘，你会看到所有的行星都排成一行；看起来它们都排列在太阳赤道外的一个平面上。所以这让你想到它们所在的地方是平坦的，有点像煎饼，太阳在煎饼的中心，从原行星盘中的气体和尘埃中，你可以把它想象成煎饼，这就是行星产生的地方。此外，我们所拥有的原行星盘的证据是火星和木星之间有一个小行星带。这些都是残留的尘埃颗粒，大圆石和大石头它们没有形成行星，所以它们是残留的。另一个证据是，如果你观察我们的太阳系，你会发现离太阳最近的行星是岩石行星，而离太阳最远的行星是气体行星。这是因为当你离太阳越远，温度就越低。所以，离太阳越远，温度就越低。所以，你可以有冰，而冰在太空中实际上是非常粘的。所以，冰帮助它们粘在一起，它们变得越来越大。实际上，这些巨行星的核心和地球差不多大。这些行星的核心形成于太阳系外围，它们的质量非常大，能够吸引太阳系外围的气体。这就是为什么我们有气态巨行星。在太阳系的内部，没有冰，所以你能得到的最大的东西和地球差不多大；没有比这更大的了。是的，这些是太阳系由原行星盘形成的最明显的证据。有一件事会让你大吃一惊，如果我们回到大爆炸的时候，宇宙刚形成时存在的元素只有氢和氦。大多数比它重的元素都是由恒星形成的。所以我们宇宙中最早的恒星是由氢和氦组成的，然后，当它们开始生活并燃烧燃料时，它们将氢和氦转化为更重的元素。然后其中一些恒星变成了超新星——它们爆炸了。由于超新星爆炸的能量，它们形成了最重的元素，然后这些元素进入附近的分子云，这是婴儿恒星形成的地方。所以我们都是这个宇宙循环的一部分，我们有岩石行星，我们有地球，因为所有这些物质都是由前几代死亡的恒星形成的。然后，它们的重元素散布在附近的星系中，因为大爆炸时只有氢和氦。
周：那么，我们如何从只有这两种元素变成一个成熟的星球呢？
CE：这一切都可以归结为从非常小的事情开始，然后建立非常大的事情。所以，给你一个概念，在这些原行星盘中，大多数粒子都小于人类头发的宽度。现在，你们知道我提到过一些东西是冷的，它们得到一层冰，它们变得更粘，然后它们凝固，这只是一个很好的说法，它们粘在一起，变得越来越大。这仍然是一个问题：原行星盘的初始成分是什么？这是我非常感兴趣的东西，尤其是詹姆斯·韦伯太空望远镜，因为詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据，JWST，会让我们接触到原行星盘的分子组成。因为地球上的生命，我们需要分子，需要水，所以我们需要弄清楚水是从哪里来的。因此，JWSC将能够观察原行星盘，获取数据，并能够测量这些系统中有多少水，以帮助我们开始拼凑更多细节，了解如何最终形成像地球这样的水行星。因为太阳系的其他行星都没有水，就像地球一样。
周：那太有趣了。你能告诉我们更多澳门威尼斯人注册你在澳门威尼斯人注册网站研究中是如何使用JWST的吗？
CE：通过JWST，我仍然在观察我们的星系；我所有的科学都是星系科学，因为即使是JWST也不够大，不足以观察遥远星系中的恒星形成，行星形成。所以我在看我们附近的星系。除了澳门威尼斯人注册网站研究原行星盘的分子组成，我现在非常感兴趣的，我刚刚发表了一篇论文，就是澳门威尼斯人注册网站研究恒星和圆盘之间的联系，因为圆盘围绕着恒星，它产生能量和能量。这些年轻的婴儿恒星非常多变，这意味着它们会不断闪烁；它们变得越来越亮，越来越暗。这意味着照射在行星和原行星盘上的能量也在变化。所以在地球上，我们的太阳非常稳定。这就是为什么地球上有生命，它不是不断变化的，对吧？因为生命喜欢拥有一定量的能量，并且能够依靠它。但对于这些年轻恒星，我真正感兴趣的是弄清楚恒星何时改变其能量输出，我们在原行星盘上看到的影响是什么？
周：我很好奇，行星和恒星是同时形成的吗？
CE：我职业生涯早期的一个重大发现是发现了第一个有空隙的原行星盘，那里有恒星，一些物质，一个空隙，然后是更多的物质。最近，在原行星盘中发现了更多的间隙，其中一些非常小。这些间隙是在原行星盘中发现的，这些原行星盘被认为年龄更大一些，大约有100万年的历史，这在恒星的生命周期中仍然很年轻。现在我们正在寻找可能在更早期阶段的间隙，那时恒星更年轻。这就是为什么我们认为行星可能在恒星形成的同时也在形成。
周：由于新生恒星在整个星系中都在形成，所以这似乎是很常见的。你如何决定在哪里放大和学习？
CE：所以恒星主要是在我们星系的旋臂中形成的。然后我把重点放在离我们最近的恒星上，因为这意味着它们对我们来说更亮，也意味着更容易收集到它们的数据。然后在这些恒星中——有成千上万的恒星——我关注的是那些和我们的太阳相似的恒星。我的兴趣源于试图了解太阳系以及我们的行星是如何形成的，所以我最感兴趣的是那些最像我们的太阳的恒星，当它还是一个婴儿恒星的时候，所以这些是我关注的。所以，我观察那些仍然有原行星盘的太阳类似物，我花了很多时间观察那些有间隙的，因为我认为这些是最有希望最终探测到行星的，一旦我们的仪器变得足够好，可以对这些行星和圆盘成像。
周：哦，那么有没有一些原行星盘从来没有形成过行星？
CE：你知道，我的说法是，所有的恒星都是由原行星盘形成的。所以所有恒星都有可能拥有行星。当人们寻找系外行星，也就是太阳系外的行星时，他们发现大多数恒星都有行星。所以行星的形成似乎是一个非常有效的过程。只是想弄清楚我们到底是怎么到达行星的？所以似乎有很多行星形成了，但我们究竟是如何到达那里的呢？
周：卫星的因素是什么？卫星是由相同的圆盘形成的吗？
CE：是的。所以，这取决于月亮。对于气态巨行星来说，当它们形成时，它们有自己的迷你圆盘。有恒星，有原行星盘，在原行星盘内，有气态巨行星，它周围有自己的圆盘。然后在这个小圆盘上——你可以把它想象成一个原月球圆盘——月球就从这个原月球圆盘上形成了。例如：木星、土星、天王星、海王星，它们都有一堆卫星，那是因为它们周围都有自己的原月球盘。这就是为什么土星有环：土星的环是原月球盘的残余物。实际上，所有的气态巨行星周围都有一些环如果你观察得足够久的话。没有一颗类地行星，也就是内部的岩石行星，质量大到足以拥有自己的原月球盘。只有气态巨行星足够大，它们有足够的引力，可以在自身聚集更多的物质。所以类地行星的卫星必须来自某个地方。所以要么是它们被捕获了——就像我们认为火星从小行星带捕获了它的卫星——要么是某种碰撞导致了月球的形成，就像我们认为的月球一样。
周：那么你澳门威尼斯人注册网站研究的小明星有多大？
CE：这些年轻的恒星，我澳门威尼斯人注册网站研究的那些，小恒星，年龄在100万年到1000万年之间。对于这些新生恒星来说，1000万年的年龄已经很老了。100万是漂亮、可爱、年轻，但这是一个典型的年龄范围。一到一千万年是我们给一颗新生恒星的时间尺度。
周：年轻的行星也是如此吗？
CE：是的，行星和恒星年龄差不多。所以，地球的年龄和太阳差不多，只是稍微年轻一点。
周：你能告诉我们，你是如何对天文学产生兴趣的吗？
CE：我很小的时候就对天文学产生了兴趣。大概是青春期前到青少年时期。我看了很多公共广播公司和新星电视台的特别节目。所以，我对我们的太阳系以及它是如何形成的很感兴趣，但我想成为一名医生。我以为天文学会成为我的爱好；我会成为一个占星者。所以我去大学读了医学预科，然后上了天文学课。我当时想，哇哦，这真的可以成为一份工作和职业。于是，我决定转到天文学专业。所以，当我开始读澳门威尼斯人注册网站研究生的时候，我澳门威尼斯人注册网站研究了所谓的活动星系核，也就是其他星系中心的超大质量黑洞。然后，我最终回到了行星的形成。所以我最终找到了我最初的激情，那就是行星，并试图了解它们是如何形成的。
周：那么为什么我们澳门威尼斯人注册网站研究原行星盘很重要呢？
CE：所以，如果我们想了解，你知道，我们从哪里来？这是回答这个问题的一个小方法。那么我们从何而来？地球从何而来？我们的太阳系从何而来？答案是这些被原行星盘包围的新生恒星。这就是行星形成的物质，尤其是婴儿恒星，这就是太阳小时候的样子。澳门威尼斯人注册网站研究原行星盘很重要，因为这是行星形成的地方。所以如果你想了解地球的起源，我们必须澳门威尼斯人注册网站研究原行星盘。特别地，我们想看看太阳类似物周围的原行星盘。那么我们的太阳是什么样子的，当它是一个婴儿恒星？
周：哇，我觉得我学到了很多。非常感谢你能来，凯瑟琳。
CE：谢谢大家。
The Brink：解释一下！是波士顿大学The Brink制作的播客。这一集由安德鲁·哈洛克（Andrew Hallock）混音，索菲·亚林（Sophie Yarin）剪辑。要了解更多澳门威尼斯人注册我们的信息，请访问bu.edu/brink。朋友们，保持好奇吧。我们下期见。
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