大约10万年前，当尼安德特人还居住在南欧的洞穴里时，一颗恒星诞生了。当一团气体在一个叫做金牛座分子云的恒星工厂内坍缩并点燃时，它就出现了。然后，剩下的物质开始冷却并在周围聚集，形成尘埃颗粒和一层朦胧的气体。
2014年9月，来自这颗炙热的年轻恒星及其周围环境的部分光线落到了位于智利阿塔卡马沙漠高原上的66条银色抛物线内——这是地球上最干燥的地方。光子花了450年才走完这段旅程。天文学家们久等了。他们正在进行阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)的测试，这种阵列的无线电天线之间的距离可达15公里。由于它们之间的距离如此之长，这些天线就像一个高分辨率的接收器，可以分辨出直径不到一毫米的冷物体。
当望远镜小组将ALMA对准这颗名为HL Tauri的年轻恒星时，他们希望看到一团明亮的尘埃和气体。相反，当ALMA的超级计算机将这些光子拼接在一起时，图像就会分解成一个有着清晰环状结构的圆盘，其间的空隙似乎被围绕着中心恒星运行的幼小行星蚀刻出来。它看起来像一个毛茸茸的橙色土星。它看起来像天文学家从未见过的任何东西。
“我不停地翻阅他们的论文，我想，杏耀QQ‘真正的图像在哪里?这显然是一个模型，”马萨诸塞州阿默斯特学院的天文学家凯特·福莱特说。
研究人员捕捉到的是一幅行星托儿所的图片——在HL陶里附近的一个由气体和尘埃组成的圆盘里，正在形成小行星。这一发现标志着星盘成像这一新兴领域的一场革命的开始。从那以后的四年里，天文学家们已经拍摄了许多其他星系的“婴儿照片”。这些行星形成区域呈现出各种各样的模式。有些是整洁的椭圆形，车道的定义就像跑道一样清晰。其他的看起来像星系的缩小版，旋臂分支成开放的弧形。
最新的观测结果，包括4月和7月公布的结果，揭示了行星在被雕刻的过程中，尘埃和气体流入球状的、炽热的幼儿世界。
但是，随着年轻行星系统的不断增多，研究人员正在努力使他们的观测结果与当前关于我们的太阳系和其他星系是如何形成的理论相一致。自从天文学家开始在遥远的恒星周围发现行星以来，这样的想法就一直处于混乱之中——现在发现的行星有几千个。太阳系有靠近太阳的岩石行星和更远的巨大的气体球，但是系外行星的排列没有整齐的模式。随着研究人员发现行星在诞生过程中的证据，建立世界的规则变得越来越复杂。尽管如此，天文学家们还是希望，目睹这样的分娩阵痛将有助于我们了解包括我们在内的所有行星系统是如何形成的。“我们在这些磁盘中看到各种各样的结构，甚至在非常年轻的时候，”Follette说。“甚至比我们传统上认为的更年轻的行星应该形成。”
碰撞和变质
关于太阳系如何形成的主流理论可以追溯到德国哲学家伊曼努尔·康德。1755年，他想象太阳和行星从一片由气体和尘埃组成的星云中升起，慢慢地坍缩和变平。今天，这个被广泛接受的关于这个过程如何展开的通用模型认为，太阳是在一个充满气体分子的恒星工厂——分子云中坍缩的。在恒星形成后，会留下一圈气体和尘埃，冷却并逐渐凝结成更大的颗粒，然后形成更大的小行星大小的天体，即所谓的星子，最终形成行星。
自20世纪70年代以来，理论家们一直在细化这一过程的细节，他们考虑了太阳系中行星的分布和流星的化学成分——太阳系形成的碎屑。到21世纪初，他们已经确定了两种不同的方案来制造岩态行星和气态巨行星(见有吸引力的方案)。
在一种被称为核心吸积的理论中，岩石物质猛烈地撞击在一起，融化，凝结，形成更大的物体，逐渐形成原行星——直径数千公里的小型胚胎世界。由于它们的重力作用，原行星在绕着行星盘公转时可以吸引大量的气体。这可能使它们蜕变成一个巨大行星的核心，比如木星;另一种可能是，它们的生长最终可能会停滞在岩石球阶段，就像地球、火星和其他类地行星所发生的那样。
另一些人则认为，太阳系不是通过激烈的碰撞形成的，而是通过一种凝结形成的。在这种被称为流不稳定性的情况下，恒星周围的气体和尘埃迅速冷却并开始漂移，变得集中并在自身的重力作用下坍缩。圆盘上厘米大小的灰尘和冰形成了团聚体，并逐渐长大，形成直径在1到100公里之间的更大、密度更大的物体。然后，通过其他的过程，它们长成更大的行星胚胎，最终形成行星。
差距蚀刻的阿尔玛的形象越来越年轻恒星周围的行星盘材料的HL金牛座的(1)。球体周围捕获一个尘土飞扬的盘肠Lupi(2)螺旋围绕HD 135344 b(3)磁盘。周围的天然气巨头PDS 70(4)。阿尔玛(ESO, NAOJ NRAO) (1) ESO / H。Avenhaus等人/达特-斯合作(2)ESO, T. Stolker等人(3)ESO/A。Muller等(4)
但这两种观点都不能很好地解释我们所看到的宇宙。以木星为例，它包含了太阳诞生后留下的绝大部分物质。最大的问题之一是，地球如何能迅速形成一个足够大的地核来吸收其大部分物质;星子之间的碰撞需要数百万年的时间。但是，理论家们认为，围绕年轻的太阳的“诞生盘”在其形成后的100万到1000万年间会随着气体的消散和尘埃的螺旋运动而消失。(让问题更加复杂的是，美国宇航局的朱诺探测器最近发现，木星的核心甚至比预期的还要大，这意味着形成过程肯定非常快。)木星的位置也很难解释。自20世纪70年代以来，理论家们就一直在推测，当行星形成或与其它迅速发展的行星发生碰撞时，它们可能会从一个轨道迁移到另一个轨道。
随着其他行星系统的发现不断涌现，行星形成理论的裂缝在21世纪头十年中期变得更加严重。有些恒星有大行星，它们只需几天就能完成轨道运行。其他行星围绕它们的主星运行的距离使木星看起来像是太阳的邻居。尽管随着硬件和软件的改进，模拟也变得越来越复杂，但无论是核心吸积模型还是流不稳定模型都无法很好地解释如此巨大的世界是如何形成的，以及它们与恒星之间的不同距离是如何形成的。
2012年出现了一种可能解释遥远行星的情况。瑞典隆德大学的天文学家安德斯·约翰森和米凯尔·兰布列奇设计了一个关于核心吸积和流不稳定的变化方案。在他们的理论中，被称为卵石吸积，剩余的恒星形成物质以松散的灰尘和卵石的形式聚集在一起。已经形成的星子在它们之间游弋，然后通过积累更多的卵石而迅速成长，就像雪球滚下山时变大一样。约翰森说，在这种情况下，一颗行星将从一颗恒星本命盘的边缘开始，并在向内移动时收集小石子。根据不同星球之间的引力相互作用，它可能离主恒星非常近，也可能离得很远。天文学家认为，木星和土星可能在太阳系形成之初就经历了这样的迁移。
作为解释HL陶里(HL Tauri)等星系的一种方式，卵石的累积现象迅速流行起来。HL陶里的深色光环蚀刻在发光的尘埃中，似乎蕴藏着不到10万年前的行星。诺曼市俄克拉荷马大学的天文学家马修·克莱门特说:“这些暗环中可能有年轻的行星。”“这真的鼓舞了我们。从某种程度上来说，这证实了行星确实在快速增长。”
理货了
虽然卵石的积累可以解释行星是如何快速变大的，但它并没有提供关于行星的种子——雪球的开始——是如何形成的深入了解。
目前的挑战是在厘米级的尘埃和月球大小的物体之间架起一座桥梁。旧的模拟假设尘埃和气体一起移动。“当人们在历史上做这个问题的时候，他们总是假设尘埃和气体是完全锁在一起的，”帕萨迪纳市加州理工学院的天文学家菲利普·霍普金斯说。
他和实验室的博士后研究员约诺·斯夸尔(Jono Squire)一直在修改模型，以将二者分离开来。他们探索了一个原生行星盘中的复杂相互作用，这种盘状结构能导致气体绕尘埃颗粒打转，就像水流绕着漂浮在溪流中的树枝打转一样。这些重新定向的气体流动很快就会变得混乱和不稳定，迫使尘埃像洪水碎片一样聚集在一起。霍普金斯说，这样的模型有助于阐明星子聚集的基本原理。“这可能真的会改变这个故事。”
但是，随着理论家们对堆积的卵石和旋转的气体进行修补，
杏耀客服怎么联系，另一个问题也潜伏在背后。2013年，伦敦帝国理工学院的天体物理学家Subhanjoy Mohanty和英国卡迪夫大学的天文学家Jane Greaves发表了一份关于金牛座分子云原行星盘的初步调查报告。天文台他们显然并不足以解决凹槽用于磁盘就像那些阿尔玛在HL金牛座的,但当研究人员统计了多少气体和尘埃似乎在场,他们发现中型恒星磁盘,包装质量比预期的要少得多。
今年夏天，位于德国加兴的欧洲南方天文台(ESO)的天文学家卡洛·马纳拉(Carlo Manara)进行了另一次观测，发现这一现象在整个银河系都是成立的。他发现，原行星盘的质量只是围绕类似恒星运行的系外行星质量总和的一小部分，有时只有1%。这意味着行星系统比用来制造它们的材料要大。
无论如何解释这一看似不可能的情形，理论家们都将不得不努力解决其中的含意。为了解释系外行星的观测，他们通常从大量的材料开始。格里夫斯说:“你需要在圆盘中有大量的质量，才能使它自身产生重力，像种子一样运动，然后自己坍缩。”
这里可能有比目镜看到的更多的东西。例如，在圆盘中可能存在望远镜难以捕捉到的物质。或者，正如马纳拉和他的同事、法国尼斯蓝色海岸天文台的动力学家亚历山德罗·莫比德利(Alessandro Morbidelli)所说，天文学家可能只看到了快照;恒星可能从原行星盘外，从形成它们的分子云中，吸收新的物质。
这种盗窃行为很难被发现。但在2017年发表的一项研究中，ESO的天体物理学家Yen hsii - wei和他的同事描述了两股似乎与HL Tauri的圆盘有关的气体流——尽管他们无法分辨气体是朝恒星方向流动还是远离恒星。Morbidelli说，如果它朝向恒星，流入的气体将产生广泛的影响，因为它也会影响诸如磁盘的温度、密度和磁性等因素。发现这种流动的证据表明，恒星和行星在形成和成长的过程中并不是孤立于更大的宇宙之外的。“磁盘不是装在盒子里的，”他说，“这也是我们对磁盘思考的一场革命。”
似乎理论学家们还没有足够的精力去解决这个问题，对行星苗圃的观察还在继续堆积。最新的发现支持了这样一种观点，即行星是在其恒星生命早期形成的，而且它们之间的距离变化很大。
提供图片的不只是ALMA。天文学家还将目光转向安装在欧洲南方天文台超大望远镜上的球体仪器。这里也位于阿塔卡马沙漠，距阿尔玛以南约6小时车程。SPHERE有一个可以抵消大气模糊效应的系统和一个阻挡星光的过滤器。今年4月，天文学家宣布他们已经用它捕获了围绕8颗类似太阳的年轻恒星的各种各样的圆盘。有些像宽盘，有些像独特的类轴椭圆，还有一个像一个星系，星系中心有喷射流。这种多样性表明，行星形成是一个复杂的过程，会产生许多可能的结果。
就在两个月后，阿尔玛被用来拍摄可能是迄今为止发现的最年轻的系外行星，它围绕着一颗距地球约100秒(330光年)的400万年前的恒星运行。ALMA在观察小而酷的物体时是最敏感的，它不能直接看到行星反射的星光。但是，这颗恒星圆盘上的一氧化碳气体漩涡表明，有三颗行星——每一颗的质量都与木星相当——在轨道上运行，迫使气体在它们周围流动，就像岩石控制着溪流的流动一样。
天文学家也不甘示弱，他们将球体转向另一颗年轻的恒星，即PDS 70，并成功获得了一颗气态巨星的直接图像。这颗行星围绕它的恒星运行的距离比木星离太阳的距离远四倍，并且仍然在吞噬它的星盘上的尘埃和气体。这一观测结果证实了此前的预测，即像木星这样的气体行星是在与它们的恒星之间形成巨大距离的情况下形成的。
另一个仪器，双子星行星成像仪(GPI)，安装在智利安第斯山麓的双子星南望远镜上，也一直在捕捉嵌有行星的圆盘，包括一个巨大的气体巨行星，它似乎支持了行星形成的核心-吸积假说。随着越来越多的观察结果陆续出现，人们开始怀疑这些年轻的托儿所是否真的在孕育着行星，而不是，比如说，在它们的磁盘上显示出不稳定，而这些怀疑正在被消除。“我们看到的几乎所有特征都可以很容易地用行星来解释，”在GPI工作的Follette说。
但最新的发现也向天文学家表明，宇宙比我们最先进的理论所能预测的要复杂得多，也要详尽得多。一些天文学家意识到，他们十年前做的理论工作已经不再有效，但他们仍然不确定如何修正它。
“总是有那一面;我很难过，我过去做的事情不再正确了。但事实是，它从来都不是正确的，”法国波尔多天体物理实验室的天文学家肖恩·雷蒙德说。“希望这是向前迈出的一步。”
观测结果对分辨这幅画可能用处有限。ALMA和其他射电天文台可以看到年轻恒星周围的尘埃和气体，而像SPHERE和GPI这样的光学仪器可以看到嵌在其中的圆盘和行星，它们被反射的星光照亮。但是，从微小的碎片到1000公里范围内的世界都将是看不见的。
尽管如此，目前和未来的望远镜可能有助于填补一些空白。格里夫斯说，杏耀联系天文学家可以用更高分辨率的射电观测，如英国的默林望远镜，以及即将在南非和西澳大利亚举办的平方公里阵列，来达到阿尔玛毫米级以上的视野，达到厘米级的范围。这样的观测可以在一定程度上缩小尘埃和原行星之间的距离。格里夫斯热切地期待着发现厘米尺度的物质围绕着可能是未来岩石行星的物质的可能性。“在圆盘上看到一个点，表明在离恒星很近的地方有一个类似地球的地方在形成，这就是新的圣杯，至少对我来说是这样。”
由于对原行星盘的观测仍处于初级阶段，行星形成的整个过程可能会比任何人预期的都要复杂，各种观点很可能被推翻，然后再被推翻。举个例子，看起来太阳系甚至不是最常见的系统。我们有点奇怪，”克莱门特说。“事实证明，那里有很多复杂的东西。”
