太阳系是我们的宇宙邻居。我们对它非常了解：太阳位于中心;然后是岩石行星水星、金星、地球和火星;然后是小行星带;接着是气态巨行星木星和土星;然后是冰巨行星天王星和海王星;最后是柯伊伯带及其彗星。

天体物理学家建立模型来解释行星的快速形成

但我们到底对自己的家园了解多少呢?先前的理论认为，巨行星是由类似小行星的天体(即所谓的行星)碰撞和堆积，以及随后数百万年内气体的吸积而形成的。然而，这些模型既不能解释远离恒星的气态巨行星的存在，也不能解释天王星和海王星的形成。

从一粒尘埃到一颗巨大的行星

来自慕尼黑大学、ORIGINS 集群和 MPS 的天体物理学家开发了首个模型，该模型将所有在行星形成过程中发挥作用的必要物理过程都纳入其中。利用该模型，他们证明了原行星盘中的环状扰动(即所谓的子结构)可以引发多个气态巨行星的快速形成。

研究结果与最新观测结果相符，表明巨行星的形成可能比之前认为的更有效、更迅速。这项研究发表在《天文学与天体物理学》杂志上。

研究人员利用他们的模型展示了毫米大小的尘埃颗粒如何在湍流气体盘中以空气动力学方式积聚，以及气体盘中的这种初始扰动如何捕获尘埃并防止其向恒星方向消失。这种积聚使行星的生长非常高效，因为突然间，紧凑区域内出现了大量“建筑材料”，并且存在行星形成的合适条件。

“当行星变得足够大到足以影响气体盘时，这会导致盘外更远的地方再次出现尘埃富集，”慕尼黑大学理论天体物理学教授、ORIGINS 卓越集群成员 Til Birnstiel 解释道。“在这个过程中，行星会像牧羊犬追逐牧群一样将尘埃驱赶到其自身轨道之外的区域。”

这个过程从内到外重新开始，然后另一颗巨行星就会形成。“这是第一次通过模拟追踪细尘埃成长为巨行星的过程，”这项研究的主要作者、慕尼黑大学博士生 Tommy Chi Ho Lau 说道。

我们太阳系和其他太阳系中的各种气态巨行星

在我们的太阳系中，气态巨行星距离太阳约 5 个天文单位 (au)(木星)至 30 个天文单位(海王星)。相比之下，地球距离太阳约 1.5 亿公里，相当于 1 个天文单位。

研究表明，在其他行星系统中，扰动可以在更远的距离上启动这一过程，并且仍然发生得非常快。近年来，ALMA 射电天文台经常观测到此类系统，它在距离 200 天文单位以上的年轻盘中发现了气态巨行星。然而，该模型还解释了为什么我们的太阳系在海王星之后似乎停止形成额外的行星：建筑材料被用完了。

研究结果与目前对年轻行星系统的观测结果相吻合，这些行星系统的行星盘具有明显的子结构。这些子结构在行星形成过程中起着决定性的作用。研究表明，巨行星和气态巨行星的形成效率和速度比以前假设的要高。

这些新见解可以加深我们对太阳系中巨行星的起源和发展的理解，并解释观测到的行星系统的多样性。