微行星

微行星,是位於太陽系邊緣的彗星和太陽系外緣天體,被認為是存在於原行星盤和殘骸盤內的固態物體。

簡介

微行星被認為是存在於原行星盤和殘骸盤內的固態物體。現在的太陽系中依然有微行星的存在。位於太陽系邊緣的彗星和太陽系外緣天體被認為是殘存至今的微行星。

一種被廣為接受的行星形成理論是ViktorSafronov的微行星假說,說明行星的形成是由微小的塵埃顆粒經由不斷的碰撞和黏合,形成越來越大的個體。當這個個體的直徑達到大約1公里的大小,就可以直接經由相互間的重力吸引,更快地形成月球尺度的原行星,成為龐然大物。這就是微行星如何經常被定義的。比微行星小的物體依賴布朗運動或是氣體中的湍流運動,使彼此間能發生足以導致黏合的碰撞。還有,微行星也可能在原行星盤的盤面中段塵埃顆粒密集成層的區域,因為經歷重力的不穩定而聚集。許多的微行星會因為劇烈的撞擊而破碎,但是一些最大的微行星可能經歷這個階段後仍能存在並繼續增長成為原行星,然後成為行星。

一般相信這個時期大約在38億年前,在經歷了後期重轟炸期的階段之後,大部分在太陽系內的微行星不是完全被拋出太陽系外,就是進入距離異常遙遠的軌道,例如歐特雲,或是被來自類木行星(特別是木星和海王星)規則的重力輕輕的推送而與更大的物體碰撞。少數的微行星可能被捕獲成為衛星,像是火衛一和火衛二,以及類木行星許多高傾角的衛星。

到今天仍然存在的微行星對科學家是非常有價值的,因為它們蘊含了有關我們的太陽系誕生時的訊息。雖然它們的外表的化學組成可能已經被強烈的太陽輻射改變,但內部的成分基本上仍是微行星形成時未被碰觸過的原始物質。這使每個微行星都像“時間膠囊”,它們的結構能告訴我們太陽星雲以及我們的行星系統形成時的條件。

運動

行星吸積的進行方式由微行星的運動方式決定。微行星的運動受到太陽重力、微行星之間的相互重力、圓盤氣體施加的阻力、微行星之間的撞擊等多方面的影響。受到來自太陽重力的影響,微行星一般做克卜勒運動。剛剛形成的微行星基本都位於太陽附近的同一平面(原始太陽系圓盤的中心平面)內繞太陽公轉,軌道基本為圓形。

微行星的軌道受微行星之間的“重力散射”重力作用的影響,漸漸偏離了最初的軌道面。這便使得克卜勒運動的軌道離心率以及軌道傾斜角的值增加。另外,微行星之間的重力作用還有一個重要的特性。這個特性被稱作“力學摩擦”,即當質量小的粒子和大的粒子同時存在時,質量越大的粒子隨機速度越小(向中心面的圓軌道接近)。

另一方面,氣流阻力和微行星之間的碰撞主要起到降低隨機速度的作用。這些作用與重力散射作用共同起到平衡隨機速度的效果,使得行星吸積不斷進行。隨機速度對於微行星之間的相對速度以及行星的成長模式與形成時間有決定性的影響。

飛速成長

一般來說,大量粒子集中在一起時,行星成長的模式大致可以分為兩種:一種是所有粒子都以相同速度變大,被稱為“有秩序地成長”;另一種則是粒子體積越大成長速度越快的形式,被稱作“飛速成長”。這兩種成長模式決定著粒子之間的衝撞結合機率(成長率)影響粒子質量與速度的程度。

模擬實驗表明,剛剛形成的微行星系成長速度十分迅速。也就是說,在微行星系中,質量大的微行星會比在它周圍的其他微行星的膨脹速度都要快。這是因為微行星的質量越重,重力作用便越強,從而能夠更加廣泛地吸引其他微行星的靠近。這一作用被稱作“重力牽引(重力聚集)”。

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