太陽系緣起何處？地球如何形成？想要回答這些問題，我們的目光可能就要穿越浩瀚宇宙的變遷，追溯到太陽、行星及其他恒星、行星系統的初始狀態。

5月5日記者獲悉，在“行星形成”的相關研究中，西安電子科技大學物理學院王欣明老師提出了一種新的演變計算方法，解密“嬰幼兒行星”的“搖籃”，相關研究成果登上國際天文學及天體物理學領域頂級期刊。

用8年堅持探索一個“宇宙”之問

行星的形成、原行星盤的演變、太陽系的起源等領域都屬于王欣明目前的研究范疇。

“在年輕恒星的周圍，由氣體和塵埃組成的氣體盤被稱為原行星盤，它被視作‘行星的搖籃’，行星就孕育其中。”王欣明介紹。

作為“行星搖籃”的原行星盤對行星系統的特征會產生怎樣的影響？原行星盤演變的相關研究中，之前研究者們大多關注于恒星及原行星盤的“青壯年”時期，但對其“嬰幼兒”或“少年”時期卻關注較少。

“原行星盤的自身引力是否會影響盤的結構，進而影響行星的形成？”仿佛流星劃過夜空，這個問題在王欣明的腦海里蹦了出來，他想一探究竟。

“原有原行星盤面密度演變方程沒有考慮盤的自身引力，這用于研究晚期原行星盤是足夠合理的，其引力只能產生很小的擾動，可忽略不計。”王欣明說，在閱讀相關文獻的過程中，他卻發現有的原行星盤質量達到甚至超過了恒星的10%，此時原行星盤的自身引力就不可以再被忽視了。“如此，是不是應該可以揭示出原行星盤中氣體偏離開普勒運動的細節？”

“基于之前的知識積累，包括對原行星盤研究的關注，我覺得這個問題應該很好解答，我想試試。”王欣明說，2015年，他滿懷信心地開始對原行星盤演變的新的驗證。

但實際的演算卻并不像王欣明想的那么簡單。嘗試、失敗、嘗試、失敗……一年、兩年、三年……在不斷試錯的過程中，流體力學的基本原理仿佛一顆“幸運星”闖進了王欣明的視野，思路隨之打開：在計算原行星盤面密度的同時，王欣明成功引入了角速度、徑向速度和溫度的計算，以更為全面的方程組的形式解答原行星盤結構隨時間推移產生的變化，同時也揭示氣體偏離開普勒運動的細節。

新的算法讓研究“豁然開朗”

王欣明介紹：“我把原行星盤按照盤自身引力的強弱分了三類，第一類是引力很小，可以忽略不計；第二類是中等引力，這時候可以在原行星盤內產生旋臂，能夠起到輸運角動量的作用；第三類是我著重研究的類型，引力很強的原行星盤，會導致在半徑某一個區間內，原行星盤里的氣體和塵埃因為引力而聚集在一起，并永遠這么‘抱團’。”

引力的“加盟”仿佛打開了王欣明的“任督二脈”。后來，王欣明順利地通過數值求解方程組得到了盤結構的演變、盤中物質偏離開普勒運動的細節等結果。

在新的原行星盤演變模型中，由于加入了更多考量因素，王欣明意外地發現了演變過程中的新現象，比如，高密度區域的形成，高密度區域和原行星盤內部之間形成的空隙。這一空隙的形成機制與原有研究中的并不相同，“之前發現的空隙的形成多是基于原行星和原行星盤的相互作用，新的演變方程組的計算結果表明，原行星盤自身引力也可以導致空隙的形成，這對原行星盤和行星形成的觀測會提供一些不同的思路”。

在此之前，觀測到原行星盤中的空隙時，研究者會思考去尋找導致空隙產生的原行星，但王欣明這一新的原行星盤演變計算結果卻為此提供了一種新的可能：當原行星盤中空隙的觀測并不能引導找到原行星時，很有可能是盤自身引力的影響。

“科學研究就是這樣，會有很多突發奇想，會有很多失敗，也會有很多驚喜和意外收獲，可能這就是做科研的魅力所在。”對王欣明而言，他早已將小時候夜晚抬頭仰望星空的憧憬積淀為內心對天體物理學的熱愛和堅持。（西安報業全媒體記者任娜 通訊員 王格）

來源：西安新聞網