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从一个问题开始

尘埃怎样长成一个世界?

微小尘粒要经历怎样的碰撞链,才会变成微行星与行星胚胎?

追踪黏合、累积、失控成长与分异,同时保留碰撞也可能破坏物体的事实。

艺术化重建图:年轻圆盘内分布微小尘粒、多孔聚合体与不规则微行星。
艺术化重建:行星建造横跨许多尺度,而且不是每次碰撞都会带来成长。

完成本课后,你将能够

行星形成是成长、碎裂、热量与引力之间的竞争。

  1. 01排列从尘粒到行星胚胎的主要阶段。
  2. 02解释为什么并非每次碰撞都会带来成长。

一颗行星,最初可以是比头发还细的尘粒

年轻圆盘内有气体,也有由硅酸盐、金属、富碳物质与低温区冰粒组成的固体尘埃。湍动、沉降与略有差异的轨道运动,会让微小尘粒彼此相遇。

在最小尺度上,只要接触足够温和,表面作用力就能把颗粒留在一起。形成的是松散聚合体,而不是缩小版的坚硬行星。

碰撞可能黏合,也可能反弹或打碎建材

成长不会自动发生。低速相遇可能让多孔颗粒黏在一起;能量更高时,物体可能反弹、压实、被磨损,甚至碎裂。材料、大小、孔隙、周围气体与撞击角度都会改变结果。

因此行星形成存在成长障碍。研究人员会结合实验室撞击、圆盘观测、陨石与数值模型,检验部分物质如何跨过这些障碍。

天体长到足够大后,引力会改变竞争方式

物质逐渐集中成微行星后,自身引力便能吸引额外材料,并改变附近小物体的路径。较大的天体能够接触更宽的供料区域,因此部分天体会比其他天体成长得更快。

微行星是参与建造行星的小天体科学名称;更大的行星前身称为行星胚胎。许多小天体最终没有成为行星,而是以小行星、彗星或碎片保存下来。

互动概念实验

测试一次行星建材碰撞

改变相对速度,判断两个建材何时黏合、反弹或碎裂。

这里只改变撞击速度。真实结果还取决于大小、材料、孔隙、旋转、周围气体与撞击角度。

碰撞速度
0.8 m/s
最接近的结果区间
温和接触可以组成聚合体
预测结果

温和接触可以组成聚合体

先用通俗方式理解

颗粒相遇速度足够低,表面作用力与多孔结构能够让它们留在一起。

再认识科学名称: 黏着与凝聚

相对速度较低时,黏附作用可能大于让接触颗粒分离或重组所需的能量。

运行一次碰撞

两个建材以你选择的相对速度接近。观察这次相遇会黏合、反弹,还是碎裂。

建材 A建材 B黏合

在小屏幕上左右滑动,查看完整图示与标注。

任务交接

两个行星建材互相碰撞后,为什么不一定形成更大的物体?

选择最符合证据的结论

来源与证据边界

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