2017年，一塊形狀奇特、軌道異常不穩定的岩石席捲了太陽系，它一到就離開。天文學家很快意識到它不是來自這裡的。它從上到下穿過行星的軌道平面，就像向飛鏢盤的同心環投擲的飛鏢一樣，它移動得非常快，速度太快以至於無法被太陽引力捕獲。它也非常黑暗，看起來奇怪地被拉長了，但由於它速度如此之快，它的許多特性將永遠保持神秘。

但事實證明，這顆有史以來觀測到的第一顆星際小行星並不是獨一無二的。它甚至可能並不那麼罕見。天文學家開始意識到，像它這樣的物體可能會遍佈整個銀河系，數量可能如此之多，以至於它們會影響更大世界的形成，甚至可能影響整個行星系統——包括我們自己的行星系統。

這顆被命名為“Oumuamua”的小行星的出現是天文學鉅變的戲劇性證明：承認太陽系並不存在於真空中，至少在比喻上是這樣。沒有行星是孤島，也沒有孤立的恆星形成。宇宙中充滿了跨越距離和時間跨度相互作用的物質，遠超研究人員長期以來的認知，從難以想象的巨大氣體噴流流經星際空間，到像蒲公英種子一樣散落在風中的“Oumuamua”式小行星碎屑。

這種認識正在改變天文學家對恆星系統形成方式的看法。例如，研究行星系統誕生的研究人員以前從未考慮過諸如天體物理氣流之類的事情。“以前，我們只能呆在自己的車道上，”加州大學戴維斯分校的行星科學家莎拉·T·斯圖爾特( Sarah T. Stewart)說。但是當研究人員對太陽系的配方進行逆向工程時，他們現在正在將整個宇宙的成分彙集在一起。

從這項工作中萌芽的新想法已經開始為各種系外行星的奧秘提供潛在的答案。例如，行星似乎比天體物理學家認為的要早得多。此外，巨大的行星似乎是從相對少量的氣體和塵埃中生長出來的——這是天文規模上的麵包和魚的把戲。天文學家正試圖瞭解僅比地球大一點的行星的稀有性。

所有這些都指向一個嚴酷的事實：行星科學家對行星是如何形成的仍然沒有絕對的理解。他們的模型眾多且不完整。但是現在，隨著來自這些不同學科中的一些想法的迅速結合，研究人員開始對行星形成過程有更深入的瞭解。斯圖爾特說，“事實上，我們還沒有確定任何一件事”關於行星是如何形成的，“因為我們學到了很多新東西。”

一顆種子形成的行星

去年，在瑞士舉行的關於'Oumuamua 的會議上，Michele Bannister和Susanne Pfalzner在喝咖啡休息時坐在一起。德國於利希研究中心的天文學家普法爾茲納隨口問行星形成專家班尼斯特，如果來自星際空間的類似'Oumuamua 的物體穿過圍繞著一顆年輕恆星的圓盤會發生什麼。“盤裡這些東西有什麼作用？” 她問。“如果星際物體進入原行星盤，它會做什麼？”

Bannister 曾撰寫過一篇關於 'Oumuamua 的早期論文，他想了一分鐘。'Oumuamua 大約有 100 米長——大到足以在翻滾的塵埃和氣體雲中激起漣漪。“我們互相看了看，我們想，'這一定很重要，'”班尼斯特說。兩人開始勾勒想法。

貝爾法斯特女王大學的天文學家班尼斯特說：“我越看這個，我就越不敢相信有人還沒想到這一點。”

在4 月份發表在《天體物理學雜誌快報》上的一篇論文中，班尼斯特和普法爾茲納認為，像'Oumuamua這樣的岩石可能是行星形成的催化劑。他們說，可能有數以億計的這樣的物體在宇宙中航行。當一個人與圍繞著一顆年輕恆星的滾滾氣體和塵埃相交時，它可能會引起湍流和剪下力，攪動氣體，將其雕刻成後來形成行星的圖案。

此外，他們爭辯說‘類似'Oumuamua的物品可能以合適的速度移動成為永久居民。嬰兒太陽系可以捕獲大量這些星際旅行者。在他們的新家中，這些移民將開始收集較小的鵝卵石和灰塵顆粒，逐漸長成更大的物體。在這樣做時，它們將為卵石吸積提供構建基塊，這是一種解釋大型物體如何快速成長為行星的理論。

“這不是一個巨大的質量；更重要的是它們在磁碟中的存在會觸發它，”Pfalzner 說。“這是一個種子階段。你可以種一棵大樹，但它總是從一顆小種子開始。這不是種子的質量。如果你願意，這就是潛力。”

需要某種種子。最近來自阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列等望遠鏡的觀測表明，行星在年輕恆星周圍的形成非常迅速。班尼斯特說，根據天文學家對行星形成的瞭解，這似乎很奇怪，但闖入者可能會提供幫助。

然而，只有當碰巧有一噸類似'Oumuamua的物體在宇宙中航行時，這些想法才會發揮作用。幾乎不可能直接找到它們——它們又黑又小，不受星星的束縛，就像沒有月亮的夜晚海洋上空的小昆蟲。但許多天文學家認為它們很常見。

“如果你看看‘Oumuamua’，它不可能是我們太陽系的第一個星際訪客；這只是我們觀察到的第一個，”北卡羅來納州立大學的行星地質學家保羅伯恩說。“而且不可能是唯一的，這意味著可能有很多。”

最近的工作間接地認為它們確實很常見。2018 年，研究人員確定了八顆可能起源於不同恆星的雙曲彗星。今年 4 月，Amir Siraj 和他的導師、哈佛大學的天文學家 Avi Loeb認為，2014 年在地球大氣層中燃燒的一顆隕石也可能來自太陽系之外。

伯恩說：“事實上，他們提供了可以開始積累東西的方法，這意味著，我認為，這必須是我們需要新增到我們對這些身體如何生長的理解中的合理的東西。”

班尼斯特說，行星種子的概念甚至可以解釋為什麼沒有人在銀河系中最早的恆星周圍發現極其古老的行星。“也許在銀河系的早期歷史中，我們沒有足夠的種子，”她說。“也許[行星]形成得更慢，效率也可能更低。”

然而，如果這些類似 Oumuamua 的岩石既能解釋為什麼在遙遠的過去行星是稀有的，也能解釋為什麼今天的行星形成得如此之快，那麼這就提出了一個新問題：第一批種子來自哪裡？

宇宙碰撞

氣體和塵埃圍繞著年輕恆星旋轉，形成巨大而厚的圓盤，這些圓盤被湍流攪動並充滿渦流。不知何故，在研究人員不瞭解的過程中，這些圓盤中的塵埃顆粒結合形成毫米大小的岩石顆粒，稱為球粒。這些是太陽系最常見的太空岩石形式和球粒隕石的主要成分，球粒隕石是落在地球上的最常見的隕石形式。

由於球粒隕石很常見，球粒在行星被鍛造時一定是一種常見的成分。它們是最早的一些固體，它們有助於確定太陽系及其基本構件的年代。研究人員對球粒如何聚集在一起形成更大的球粒隕石有一些想法。但即使有當今最好的計算機模擬和對其他行星系統最精細的觀察，對於球粒本身的形成方式也沒有達成共識。

就好像太陽系是由幾十座磚房組成的。研究人員瞭解磚塊聚集在一起建造房屋的過程。但是磚是什麼做的呢？

斯圖爾特說，部分問題在於沒有一種模型可以滿足球粒的所有特殊品質。這些微小的火成岩團塊一定是在高達約 2000 攝氏度的溫度下突然融化的，這是一種極端狀態，太陽系形成的最佳模型難以再現。關於球粒如何形成的想法包括閃電；導致某種自燃的化學反應；來自附近超新星爆炸的衝擊波；磁場; 像'Oumuamua這樣的小行星的碰撞；伽馬射線暴；以及來自恆星形成過程中仍處於熔融狀態的小行星的溫暖。

斯圖爾特提出了另一種可能性。她說，由劇烈的汽化碰撞引起的氣流可以將最小的熔岩液滴推到一起，然後開始結合。這個想法的獨特之處在於它以研究人員以前從未做過的方式將天體物理學與行星形成過程相結合。

斯圖爾特研究一個奇怪的新行星的相位稱為synestia，她和西蒙鎖，現在的行星科學家在加利福尼亞技術研究所在2017年提出了描述月球的形成。Synestia 是一種膨脹、腫脹的氣化岩石雲，形狀像一個鬆軟的百吉餅。一言以蔽之，構成地球和月球的材料會徹底混合。

在擺弄她的一些程式碼時，斯圖爾特意識到類似的東西可以將球粒的前體驅動在一起，以便它們可以結合，例如最終形成有凝聚力的麵糰的卵石餅乾麵糊。

這個過程將從星子開始，即圍繞年輕太陽的原始岩石碎片。他們可能是“Oumuamua”這樣的闖入者。或者，它們可能在我們的恆星誕生後很快就形成了。無論它們的來源如何，它們都會很豐富，並且它們會在充滿氣體的太陽星雲內相互碰撞，在相互確保毀滅的檯球遊戲中。

當這些原始星子相撞時，它們會蒸發，它們的蒸氣會膨脹到仍然熾熱的太陽星雲中。這種汽化會在如此高的熱量和力量下發生，以致產生弓形激波，類似於飛機在穿過音障時產生聲波激波的方式。弓形激波會將星雲氣體推出，形成一個低壓中心區域。然後，當蒸汽羽流坍塌以填充這個低壓區域時，氣流會將蒸發的岩石液滴聚集在一起。蒸汽羽流膨脹及其隨後的坍塌會產生與球粒大小一致的矽酸鹽液滴。

斯圖爾特說：“你需要用氣體把鵝卵石吹在一起，這樣它們才能碰撞和結合。”

這一切都發生在一瞬間——在幾天到幾周的時間裡，在行星時間尺度上幾乎沒有呼吸。斯圖爾特說，但這種短暫的、劇烈的過程顯然對我們的太陽系是如何形成的至關重要。她指出，星雲氣體的作用，以及它如何與汽化的岩石相互作用，以前未被認識。

“當我在研究它時，我一直看著它，然後說，'哦，我破壞了密碼！' 然後，'不，等等！那是真正的物理學，'”她說。“有一些我們以前從未見過的瘋狂事情，因為沒有人加過油。”

她於 3 月在休斯頓舉行的月球和行星科學會議上展示了她的早期發現，但她的結果尚未發表。

但是為了讓她的球粒產生想法發揮作用，斯圖爾特仍然需要一個初始種子——相互摧毀以製造球粒的小行星。斯圖爾特和她的同事說，這些種子來自哪裡是以後研究的一個問題。也許太陽系充滿了“Oumuamua 式的種子”——正如班尼斯特和普法爾茲納所暗示的那樣，可能發生在新一代行星中。

儘管如此，斯圖爾特說她的工作得到了“啊哈”的回應。“這是純粹意義上的發現。它有那種感覺正確的方面，”她說。

宇宙連線

斯圖爾特關於球粒的工作以及班尼斯特和普法爾茲納關於行星形成的想法是一種新興理解的一部分，即即使在太空中，一切都是相互關聯的。“你必須經歷天體物理學的大量不同領域，”Pfalzner 說：“星際介質、分子云、恆星的形成、它們周圍的圓盤、行星的形成。”

來自大型天氣巡天望遠鏡(LSST)等未來天文臺的資料可能會加劇考慮許多不同尺寸尺度的需求。LSST 或許能夠解析太陽系中的微小鵝卵石，讓天文學家能夠尋找更多類似“Oumuamua 的物體”。“我認為，如果我們的太陽系充滿了來自其他太陽系的星際碎片，還有其他太陽系的碎片漂浮在周圍，這真的非常令人興奮，”伯恩說。“LSST 將開啟這個全新的世界”，它將我們的太陽系與整個宇宙中跨越時空的其他太陽系連線起來。

班尼斯特說，“其中的含義非常有趣。”

作者：Rebecca Boyle

FY：11

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