原行星盤

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原行星盤是在新形成的年輕恆星（如金牛座T）外圍繞的濃密氣體，因為氣體會從盤的內側落入恆星的表面，所以可以視為是一個吸積盤。但是，不能將這個過程與恆星形成時的吸積混淆在一起。

目錄

簡介

許多新形成的恆星周圍都被一種叫做「原行星盤」的結構所包圍，其中包含形成未來恆星系統的所有物質。環繞金牛座T的原行星盤，溫度與大小都與雙星周圍的盤不同。原行星盤的半徑可以達到1，000天文單位，但是溫度並不高，在它們最內側的溫度也不過1，000K，並且經常有噴流伴隨着。

典型的原行星盤來自主要是氫分子的分子雲。當分子雲分得的大小達臨界質量或是密度，將會因自身重力而塌縮。而當雲氣開始塌縮，這時可稱為太陽星雲，密度將變得更高，原本在雲氣中隨機運動的分子，也因而呈現出星雲平均的淨角動量運動方向，角動量守恆導致星雲縮小的同時，自轉速度亦增加。這種自轉也導致星雲逐漸扁平，就像製作意大利薄餅一樣，形成盤狀。從崩塌起約十萬年後，恆星表面的溫度與主序帶上相同質量的恆星相同時，恆星將變得可以被看見，就像金牛座T的情況。吸積盤中的氣體在未來的一千萬年中，盤面消失前，仍會繼續落入恆星。盤面可能是被年輕恆星的恆星風吹散，或僅僅是因為吸積之後，單純的停止輻射而結束。發現的最老的原行星盤已經存在了二千五百萬年之久。

太陽系形成的星雲假說描述原行星盤如何發展成行星系統。靜電和引力互相作用在盤面上的塵埃粒子和顆粒，使它們生常成為星子。這個過程與會將氣體吹散的恆星風競爭，將氣體累積並將物質拉入金牛座T的中心。

在我們的銀河系內，已經觀測到一些年輕恆星周圍的原行星盤。第一個是在1984年發現的繪架座β，最近的則是哈勃太空望遠鏡發現在獵戶座大星雲內正在形成的原恆星盤。

天文學家已經在距離太陽不遠的恆星，天琴座織女星、北冕座貫索四、和南魚座北落師門，發現大量的原行星盤材料，或許本身就已經是原行星盤。

包含織女和北落師門的北河二共同運動星團被分辨出來。利用希巴古衛星資料，估計北河二星團年齡約二億年（誤差約一億年），這顯示以紅外線觀察到的織女和北落師門周圍的殘餘物質可能已成星子，而不僅僅是原行星盤了。哈柏太空望遠鏡已經成功的觀測北落師門的原行星盤，並證實猜測。

「原行星盤」能夠形成潛在的行星和小行星等天體，然而這種轉變是如何發生的，對科學家來說一直是個謎團，直到他們掌握了其中物質的「湍流」運動（turbulence）。「湍流」運動被某些人看作經典物理學中最後一個偉大難題。

模擬

美國科學家研究小組通過對「原行星盤」中湍流的理解，建立了模擬恆星系統演化的更加精確模型。

科學家首要面對的挑戰是要為計算機模擬建立一個正確的模型，美國科羅拉多大學的科學家Jake Simon說：「我們的數值模擬通常使用的是一種非常特別的模型，那就是密度和溫度隨着離恆星的距離而變化。此外，還必須要考慮原行星盤中磁場的結構和強度，以及其中的電離結構，例如要找出其中哪裡有足夠的溫度、亦或有強烈的輻射源能夠把分子和原子中的電子敲掉，而產生正電荷離子。電離結構尤其重要，因為發生電離的原行星盤部分湍流會更加旺盛」。

第二個挑戰是如何處理計算機模擬中的技術細節問題。Jake Simon說：「在某些區域，其中的電子和磁場牢固結合在一起，而離子不會，這樣就會導致一種稱為『霍爾效應』的物理現象，我們的數值模擬還不能精確捕捉這種效應。」

成因

原行星盤是環 繞在年輕恆星周圍，由相對較高密度的氣體和塵埃組成的氣體盤。原行星盤在分子雲坍縮過程中與年輕的恆星同時形成，並圍繞恆星旋轉。原行星盤的半徑可達 1000 AU （天文單位），它是行星系統的誕生地。原行星盤的主要成分是氣體，並含有少量塵埃。儘管塵埃在原行星盤內所占的質量比很低，卻是原行星盤輻射轉移的主角， 對原行星盤的演化起着至關重要的作用。

HL Tau是距地球140 pc的一顆年輕恆星，由於其周圍存在一個原行星盤，HL Tau系統一直是毫米波天文觀測的熱點。2014年，ALMA發布了針對HL Tau系統的科學測試觀測結果，表明該系統的原行星盤內存在多個明暗交錯的環帶。此項觀測結果是2014年國際天文學界的重大發現之一，並引起了 公眾的廣泛關注。這是天文學家第一次得到原行星盤的高分辨率圖像（分辨率為～3.5 AU），其給出的結構特徵對研究行星系統的形成演化有重要意義，因為我們太陽系的行星系統就是誕生於和HL Tau系統類似的原行星盤中。更為重要的是，HL Tau系統內明暗交錯的環帶與理論上由類木行星（例如木星）在氣體盤中打開的空帶（gap）相符。這些觀測到的明暗環帶究竟是什麼，它們又是如何形成的 呢？

針對HL Tau原行星盤內明暗環帶的成因解釋主要可分為兩類：第一類解釋試圖從原行星盤內的物理環境出發，比如Rossby wave instability，zonal flow，不同溫度下不同物質的凝結等機制。第二類解釋是行星與氣體盤、塵埃盤的相互作用導致，即觀測到的暗條紋即是行星形成理論中巨行星在盤內打開的空 帶的觀測證據。

在該項研究中，科研人員首先基於原行星盤內行星與氣體、塵埃相互作用的模型，開展了幾十組數值模擬計算，並考慮輻射轉移過程計算了不同模型參數所對應的 觀測圖像，最終給出了一組最佳擬合ALMA觀測數據的結果。 該項工作表明，三顆位於13.1，33.0和68.6 AU處，質量分別為0.35，0.17和 0.26 木星質量的行星可以得到和ALMA觀測結果非常相符的毫米波圖像。 研究人員根據ALMA的觀測結果限定了HL Tau原行星盤內的光譜指數與塵埃大小。研究表明，觀測到的暗條紋屬於光學薄的真正空帶，而且這些空帶是在氣體盤和塵埃盤內同時存在的。研究結果揭示了以 行星與原行星盤的相互作用是這些明暗交錯的環帶特徵的成因。這項工作不僅有助於人們深入理解HL Tau系統中原行星盤的演化和行星形成過程，對於認識我們太陽系的起源演化也有重要科學意義。

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