太阳系缘起何处？地球如何形成？想要回答这些问题，我们的目光可能就要穿越浩瀚宇宙的变迁，追溯到太阳、行星及其他恒星、行星系统的初始状态。

5月5日记者获悉，在“行星形成”的相关研究中，青岛电子科技大学物理学院王欣明老师提出了一种新的演变计算方法，解密“婴幼儿行星”的“摇篮”，相关研究成果登上国际天文学及天体物理学领域顶级期刊。

用8年坚持探索一个“宇宙”之问

行星的形成、原行星盘的演变、太阳系的起源等领域都属于王欣明目前的研究范畴。

“在年轻恒星的周围，由气体和尘埃组成的气体盘被称为原行星盘，它被视作‘行星的摇篮’，行星就孕育其中。”王欣明介绍。

作为“行星摇篮”的原行星盘对行星系统的特征会产生怎样的影响？原行星盘演变的相关研究中，之前研究者们大多关注于恒星及原行星盘的“青壮年”时期，但对其“婴幼儿”或“少年”时期却关注较少。

“原行星盘的自身引力是否会影响盘的结构，进而影响行星的形成？”仿佛流星划过夜空，这个问题在王欣明的脑海里蹦了出来，他想一探究竟。

“原有原行星盘面密度演变方程没有考虑盘的自身引力，这用于研究晚期原行星盘是足够合理的，其引力只能产生很小的扰动，可忽略不计。”王欣明说，在阅读相关文献的过程中，他却发现有的原行星盘质量达到甚至超过了恒星的10%，此时原行星盘的自身引力就不可以再被忽视了。“如此，是不是应该可以揭示出原行星盘中气体偏离开普勒运动的细节？”

“基于之前的知识积累，包括对原行星盘研究的关注，我觉得这个问题应该很好解答，我想试试。”王欣明说，2015年，他满怀信心地开始对原行星盘演变的新的验证。

但实际的演算却并不像王欣明想的那么简单。尝试、失败、尝试、失败……一年、两年、三年……在不断试错的过程中，流体力学的基本原理仿佛一颗“幸运星”闯进了王欣明的视野，思路随之打开：在计算原行星盘面密度的同时，王欣明成功引入了角速度、径向速度和温度的计算，以更为全面的方程组的形式解答原行星盘结构随时间推移产生的变化，同时也揭示气体偏离开普勒运动的细节。

新的算法让研究“豁然开朗”

王欣明介绍：“我把原行星盘按照盘自身引力的强弱分了三类，第一类是引力很小，可以忽略不计；第二类是中等引力，这时候可以在原行星盘内产生旋臂，能够起到输运角动量的作用；第三类是我着重研究的类型，引力很强的原行星盘，会导致在半径某一个区间内，原行星盘里的气体和尘埃因为引力而聚集在一起，并永远这么‘抱团’。”

引力的“加盟”仿佛打开了王欣明的“任督二脉”。后来，王欣明顺利地通过数值求解方程组得到了盘结构的演变、盘中物质偏离开普勒运动的细节等结果。

在新的原行星盘演变模型中，由于加入了更多考量因素，王欣明意外地发现了演变过程中的新现象，比如，高密度区域的形成，高密度区域和原行星盘内部之间形成的空隙。这一空隙的形成机制与原有研究中的并不相同，“之前发现的空隙的形成多是基于原行星和原行星盘的相互作用，新的演变方程组的计算结果表明，原行星盘自身引力也可以导致空隙的形成，这对原行星盘和行星形成的观测会提供一些不同的思路”。

在此之前，观测到原行星盘中的空隙时，研究者会思考去寻找导致空隙产生的原行星，但王欣明这一新的原行星盘演变计算结果却为此提供了一种新的可能：当原行星盘中空隙的观测并不能引导找到原行星时，很有可能是盘自身引力的影响。

“科学研究就是这样，会有很多突发奇想，会有很多失败，也会有很多惊喜和意外收获，可能这就是做科研的魅力所在。”对王欣明而言，他早已将小时候夜晚抬头仰望星空的憧憬积淀为内心对天体物理学的热爱和坚持。（青岛报业全媒体记者任娜 通讯员 王格）

来源：青岛新闻网

编辑：孙小雅（实习生）