那是在 1992 年，奧戴爾剛剛從哈勃太空望遠鏡獲得了新影象，這些影象放大了獵戶座星雲中的年輕恆星。他一直希望研究星雲本身，這是一個相對靠近地球的恆星形成區域。然而，另一件事引起了他的注意。有幾顆星辰根本不像星辰，而是被一層朦朧的光罩籠罩著。奧戴爾說：“它們似乎形成了對著星雲的剪影”。

起初，奧戴爾和他的同事們認為，他們可能看到的是哈勃望遠鏡扭曲的主鏡產生的影象偽影，它被輕微地塑造成錯誤的形狀，並將要在 1993 年的一次太空梭任務中修復它。曾擔任哈勃專案科學家的奧德爾說：“我們真的很想知道如果這是有缺陷的主鏡的殘餘影響”。然而很快，他們在影象中看到了越來越多的現象，隨即在鏡子修好之後，他們也意識到這根本不是缺陷。他們實際上看到了年輕恆星周圍的塵埃和氣體的嬰兒盤。他們第一次見證了行星的誕生。

奧戴爾對原行星盤的發現引發了我們對行星形成理解的轉變。在接下來的幾十年裡，天文學家會意識到，我們關於行星如何形成的經典觀點，由小岩石聚整合更大的岩石，然後更大的岩石聚集可能是不正確的。對於像木星和土星這樣的氣態巨行星，一種稱為卵石吸積的模型，即一個占主導地位的物體吞噬較小的岩石——將取代關於世界是如何形成的舊觀點。

太陽系內部的岩石行星更加棘手。行星科學家們一直在激烈爭論卵石吸積是否可以解釋地球及其鄰居是如何形成的，或者更古老的觀點是否仍然最有可能。衝突不僅在過去幾年的期刊 文章中上演，甚至最近在巴伐利亞阿爾卑斯山的一座城堡中上演。

這場辯論不僅影響到諸如地球起源及其水之類的重大謎團。答案還將有助於揭示類地行星在整個宇宙中的普遍性。這樣的行星僅僅是偶然事件的組合，使宇宙其他地方的生命前景渺茫？又或者，太陽系中的宜居行星是否具有正確的成因，使我們成為眾多行星中的一員？

加州理工學院的行星科學家康斯坦丁·巴蒂金( Konstantin Batygin)說：“詢問我們周圍的行星是如何形成的，是人類經驗的一部分”。如果它是由卵石形成的，它將會對有多少像我們這樣的行星產生巨大的影響。

卵石的入侵

2012年，瑞典隆德大學的天文學家Anders Johansen和Michiel Lambrechts做出了一個大膽的預測。在過去幾十年的大部分時間裡，天文學家一直認為，地球和木星等行星，是由類似小行星的物體逐漸積累而成的，這些小行星在年輕的太陽系中相互碰撞。這個被稱為微行星吸積的過程會很緩慢，可能需要長達 1 億年的時間才能形成一顆行星，這是有道理的。我們可以在我們的太陽系中看到許多小行星，並且假設在 45 億年前形成時還有更多小行星，足以形成我們今天看到的所有行星，這似乎是合理的。

但是有個問題，沒有人能完全確定微行星本身是如何形成的。它們是如何從微小的塵埃顆粒，跳躍到城市大小的岩石，這一問題被稱為米級障礙。地球上液態水的存在也令人困惑，因為它依賴於含水小行星的偶然到來。最令人不解的是，小行星的吸積需要很長時間才能建造土星、天王星和海王星。當它們的固體核心形成時——在數千萬年後——它們從原行星盤中積累足夠的氣體成為氣態巨行星為時已晚，萊斯大學的行星科學家安德烈·伊茲多羅（André Izidoro）說：“因為大多數星盤會在幾百萬年後消失”。

Johansen 和 Lambrechts 提出了一個新模型。他們不是多個小行星碰撞在一起，而是建一個占主導地位的小行星，可以在僅僅幾百萬年的時間內，透過“像吸塵器一樣”掃除原行星盤內的物質，長到一個巨大的尺寸。這種材料將由圍繞年輕恆星的微小種子狀岩石組成。他們把這個想法稱為卵石吸積。

卵石非常小，只有幾毫米到幾釐米，而小行星要大得多，可達數百公里寬，就像我們今天在太陽系中看到的許多小行星一樣。兩者都可以在一顆恆星的原行星盤中找到，後者偶爾會相互碰撞。

2014 年，就在 Johansen 和 Lambrechts 發表他們的卵石吸積模型兩年後，觀察顯示，原行星盤中確實充滿了卵石。一個名為 ALMA的 66 臺望遠鏡網路（阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列），在一顆年輕恆星周圍的原行星盤內，發現了多達100 個地球質量的卵石，其中包括由生長的行星開闢其軌道所產生的巨大間隙。在這些圓盤內，到處都是卵石。Lambrechts 說：“ALMA表明原行星盤天生就有大量的小卵石，而不是小行星”。

不久，大多數科學家開始同意是卵石吸積形成了巨行星。這似乎是他們成長得足夠快的唯一途徑。法國蔚藍海岸天文臺的行星科學家亞歷山德羅·莫比德利( Alessandro Morbidelli)說：“對於巨行星的核心來說，卵石吸積無疑是解決方案。”

然而，雖然它似乎解釋了木星、土星、天王星和海王星的形成，但卵石吸積對水星、金星、地球和火星等類地行星的形成，提出了相當多的問題。Lambrechts 說：“原則上，我們可以透過小行星吸積形成類地行星，但現在有這種卵石入侵”。

在卵石吸積模型中，您從圍繞年輕恆星的原行星盤開始，就像在小行星吸積模型中一樣。這兩種模型都需要透過稱為流不穩定的現象來形成星子。從本質上講，塵埃和卵石在遇到恆星周圍的氣體時會受到阻力。慕尼黑路德維希馬克西米利安大學的天體物理學家Joanna Drążkowska說：“這導致卵石聚集在一起，直到一些團塊非常大，以至於它們受到引力束縛，並坍縮成數百公里寬的星子。然後這些團塊可以在它們形成時旋轉，這給了它們兩個葉瓣。這正是我們在太陽系外天體（例如Arrokoth）中看到的”，Drążkowska 說：“這個過程預計會非常快，可能只需要 100 年”。

從這裡開始，這兩種模型有所不同。在星子吸積作用下，這些星子在圓盤中隨處可見，只剩下很少的卵石。幾千萬年來，大型星子碰撞併合並，最終形成了我們今天看到的類地行星。

在卵石吸積中，只有少數小行星佔據主導地位。這些星子開始掃起原行星盤中的卵石，這些卵石以長長的河流狀細絲流到星子的表面。這是一個非常有活力的過程，隨著卵石的下落，熾熱的岩漿海洋在地表發光。該過程非常有效，地球將在短短几百萬年內長成其完整大小，而在小行星吸積過程中可能需要 1 億年。

卵石吸積最有趣的結果之一是它直接預測了宜居行星的形成方式。該模型不是依靠富含水的小行星與原行星隨意碰撞，而是表明來自外太陽系的冰卵石可以為像地球這樣的行星提供穩定的水供應，這種想法被稱為卵石雪。約翰森說：“卵石雪的好處在於它變得可以預測，降落到地球上的水、碳和氮的數量是可以計算的。”

因此，如果類地行星形成的卵石吸積模型是正確的，那麼宇宙中其他生命的前景可能是個好兆頭。在小行星吸積下，地球上存在水是偶然事件，而在卵石吸積中，它可能會出現在像我們這樣的行星系統中。拿一個原地球，把它放在一個相似位置的相似恆星周圍，它收集的水量可能是一樣的。宜居世界不會是偶然事件，如果行星系統具有正確的成因，它們的存在將是一個可計算的結果。約翰森說：“人們可以以此為起點，瞭解益生元化學和生命起源。”

偉大的建築師

卵石吸積似乎是一個有吸引力的想法。它解決了行星快速增長的問題，它解釋了地球上水的存在，我們甚至可以觀察到正在發展的系外行星系統中的卵石。倫敦大學學院行星形成科學家Paola Pinilla說：“有了 ALMA，我們現在知道卵石集中在導致小行星形成和潛在行星形成的特定區域”。

然而，雖然它為巨行星的生長提供了一個很好的解釋，但當涉及到類地行星時，卵石吸積有一些值得注意的問題。

首先，太陽系內部的卵石是從哪裡來的？近年來，行星科學家開始相信，太陽系中最大的行星木星是塑造行星命運的主要力量。巴蒂金說：“緊急情況是木星是太陽系的偉大建築師”。

巴蒂金說，在木星快速形成後不久，它在太陽系內外形成了一道屏障，阻止了來自“質量豐富”的外部區域的物質流向“質量匱乏”的內部類地行星。內盤中的卵石可能在類地行星形成之前就已經消散了，如果沒有更多來自太陽系以外的物質，根本就沒有足夠的物質來製造地球。

即使有足夠的材料，卵石吸積也會遇到另一個問題，卵石可能太多了。如果地球和其他類地行星確實是由卵石吸積形成的，目前尚不清楚為什麼它們沒有變得越來越大，最終成為超級地球。

在過去幾年中，這些問題在行星科學家之間引起了相當大的爭論，爭論雙方正在進行大量研究。9 月，莫比德利和他的同事在《自然天文學》上發表了一篇基於對原行星灶神星研究的文章，該文章提出了星子如何解釋太陽系的當前配置。該研究表明，一圈小行星曾經在地球的當前位置繞太陽執行。隨著時間的推移，這個環在環的中間形成了兩個大行星——地球和金星，在環的兩側形成了兩個較小的行星——火星和水星。

然而，其他人繼續研究卵石可能產生類地行星的方式。二月份，約翰森及其同事描述了太陽系是如何以這種方式形成的。在上個月，Drążkowska 及其同事使用卵石吸積來解釋為什麼超級地球在其他類似太陽的恆星周圍相對不常見。

上個月，在德國林貝格城堡的一個研討會上，爭論不休。一些人，如約翰森和蘭佈雷希茨，仍然非常支援類地行星的卵石吸積模型。約翰森說：“有非常有力的證據表明這是佔據主導地位的過程”。其他人則不太相信。德國明斯特大學的行星科學家Thorsten Kleine說：“我認為卵石吸積是理解行星形成的一個非常重要的過程，但我不認為它是在我們的太陽系中建造類地行星的過程”。這兩個過程也可能協同工作，卵石吸積產生的小行星然後在木星切斷進入的卵石流動後合併。

一些人希望轉向宇宙化學，即對宇宙物體成分的研究，可能會揭示答案。約翰森指出，如果小行星吸積模型是正確的，我們會期望找到組成與地球相似的小行星，因為它們很可能是我們世界的基石。然而事實並非如此，因為他們一直無法找到一個看起來像地球的隕石。

在其他地方，對系外行星系統的持續研究，或許可以揭示更多資訊。ALMA 已經觀測到超過 5,000 個原行星盤，Pinilla 說，從不到 100 萬年的非常年輕的星盤到年齡長達 3000 萬年的星盤。有一次，我們甚至看到了一顆巨大的行星，一個叫做 PDS 70b 的行星，出生在這樣的星盤中，希望將來觀察到更多資訊。一些圓盤顯示出塵埃的光芒，表明可能存在碰撞的小行星，儘管不清楚有多少。即將於 12 月發射的詹姆斯韋伯太空望遠鏡 (JWST) 即將進行的觀測以及來自 ALMA 的運作，可能會提供寶貴的額外線索。皮尼拉說：“如果我們帶來來自 JWST 的化學痕跡，以及來自 ALMA 的卵石分佈，我們可以對盤的內部可以形成哪些型別的行星有一些暗示”。

很多事情仍然不確定。現在的主要問題是：我們的星球是類小行星的巨大天體反覆碰撞的結果，還是我們站在一個由數萬億顆微小的、富含冰的宇宙卵石組成的世界之上？解決這個基本問題不僅將為我們提供一扇，瞭解我們自己過去的視窗，還將提供一扇瞭解宇宙中類似地球的行星的視窗。

作者：Jonathan O'Callaghan

FY：11 （有刪減或修改）

如有相關內容侵權，請於三十日以內聯絡作者刪除