脚下这颗蓝色星球，用了多长时间才从一团飘散的气体云变成今天的样子？

这个问题的答案，在过去三十年间被天文学家一点点拼凑出来，而拼图的最后几块，是靠阿塔卡马大型毫米波阵列（ALMA）等新一代望远镜才得以补齐的。简短版答案是：行星形成启动需要五十万到两百万年，全程在一千万年内基本收尾。但要真正理解这个数字，得从更远的地方说起。

没有“原材料”，就没有行星

根据原行星盘形成的模拟，不对称的物质团块首先在一维中收缩，然后开始旋转。那个“平面”是行星形成的地方，这一过程在巨行星周围的小尺度重复：形成环绕行星盘，最终形成月球系统。表面上，这些天体看起来类似于一些螺旋星系。

宇宙在诞生之初，几乎只有氢和氦这两种最轻的元素。这意味着早期宇宙里形成的第一代恒星，周围根本不具备制造岩石行星的条件，氢和氦唯一能形成的固体是冰，而冰需要极低的温度才能维持，在恒星附近根本站不住脚。

地球这样的岩石行星，需要铁、硅、氧、镁这些重元素作为建材。这些重元素是在恒星内核的核聚变炉里锻造出来的，恒星死亡时通过超新星爆发抛洒回宇宙空间，再被下一代正在形成的恒星和行星系统吸收利用。

这个循环意味着，制造一颗岩石行星，至少需要等前几代恒星走完生死轮回。天文学家通过观察数千颗系外行星确认了这一点：恒星中重元素含量越低，拥有岩石行星的概率就越低，当重元素含量低于太阳的4%时，已知能拥有行星的恒星屈指可数。

我们的银河系可能在大爆炸后两到三亿年才出现第一批岩石行星，而太阳系则是在宇宙诞生整整92亿年后才开始形成。在地球出现之前，宇宙已经有过无数颗岩石行星了。

从气体云到行星，一千万年的竞速

地球在其薄大气和海洋之下，大约在45%的深度时，从主要的岩石物质转变为金属核心。由于核心压力超过360万大气压，核心中的原子被压缩到原始大小的一小部分，这也解释了地球异常高密度的原因。最新证据表明，内核内部存在一个最内核，其中存在的金属固相与内核其他部分不同。所有大质量天体，包括中子星，都表现出这种压力梯度。

一旦原材料就位，行星形成的进程其实相当紧凑，以宇宙尺度来衡量甚至可以说是“一眨眼”。

故事从一团巨大的气体云开始收缩说起。云团中最致密的区域率先塌缩，温度升高，最终点燃核聚变，成为一颗新恒星。在这颗恒星周围，剩余物质因角动量守恒而无法直接落入中心，逐渐形成一个旋转的盘状结构，这就是原行星盘，行星工厂的车间。

在恒星诞生后最初的五十万年里，原行星盘保持高度均匀，物质分布平滑，没有任何团块出现，行星形成还没有正式开工。

在猎户座星云的一个非常小区域内发现了五个不同的JuMBO，即木星质量双星天体。请注意，这些特定的JuMBO编号为31到35，表明有数十个此类物体。在本次调查发现的所有木星质量天体中，约有9%被锁定在双星系统中。

从五十万年到两百万年之间，盘中开始出现引力不稳定性，局部物质开始向密度较高的区域聚集，形成最初的团块，也就是行星的种子。ALMA望远镜拍摄到的那些年轻原行星盘照片，展示了清晰的同心环状间隙，正是这些正在成长的原行星在盘中“扫出”的轨道痕迹，它们是行星存在最直观的证据。

从两百万年到一千万年，是行星成长的主要阶段。种子通过不断吸积周围物质，逐渐长大成为完整的行星。这个过程充满竞争和淘汰，有些天体被中央恒星的引力吞噬，有些被其他行星的引力弹射出星系，只有那些幸运地找到稳定轨道的才能留存下来。

这张颜色编码的地图显示了银河系中超过600万颗恒星的重元素丰度。红色、橙色和黄色的恒星都富含重元素，理应拥有行星;绿色和青色编码的恒星极少有行星，蓝色或紫色编码的恒星周围完全没有行星。注意，银河盘的中心面一直延伸到银河系核心，可能存在适居的岩石行星，但面向银河中心的恒星（左右两端）的重元素丰度要低得多。

一千万年之后，年轻恒星的强烈辐射和恒星风会将原行星盘中剩余的气体和尘埃吹散干净，行星形成的窗口彻底关闭，幸存者就此定格成为这个星系永久的成员。

太阳系的隐藏历史

这张图像展示了猎户座分子云，这是VANDAM巡天的目标。黄色点点显示了赫歇尔拍摄的蓝色背景图像中观测到的原恒星位置。侧面板显示了由ALMA（蓝色）和VLA（橙色）拍摄的九颗年轻原恒星。原行星盘不仅富含有机分子，还包含了典型星际尘埃云中不常见的物种。恒星核心融合后数百万年内，富含气体的星际物质依然存在。

我们自己的太阳系，其实比教科书里描述的要混乱得多。

该动画展示了一张清理后的图像，与科学发现论文中发现的系外行星WISPIT 2b中的注释图像一同发布：WISPIT 2b是首颗在原行星盘两环间隙内被发现的系外行星。它是在ESO超大望远镜上的SPHERE仪器上发现的。

计算机模拟显示，太阳系早期可能存在五颗巨行星，而不是今天的四颗，其中一颗在引力博弈中被驱逐出了太阳系。内太阳系的岩石行星形成过程同样坎坷，可能有一到多颗原行星在早期被太阳吞噬，只留下少量物质，后来才演化成水星、金星、地球和火星。

地球本身的历史在太阳系中属于格外曲折的一例。大约在太阳成为完整恒星后五千万年，一颗被称为“忒伊亚”的原行星与早期地球发生了一次大规模碰撞，撞击产生的碎片云最终聚合成了月球。阿波罗计划带回的月球岩石样品，在实验室分析后让科学家惊讶地发现，月球物质的同位素组成与地球高度一致，这一发现成为支持大碰撞假说最有力的证据。

由高角分辨率项目（DSHARP）盘子结构测量的20个年轻幼星原行星盘样本。这些观测告诉我们，原行星盘主要形成在单一平面，倾向于支持行星形成的核心吸积情景。盘状结构可在红外和毫米/亚毫米波段观察到。我们最近了解到，原行星盘在大约0.5万至200万年后开始形成间隙，而较年轻的盘则没有这种亚结构。这些盘通常在约1~000万年后消失，转为碎屑盘系统，届时行星形成预计将完成。碎片盘可以持续数亿年。

今天我们看到的八颗行星、数以亿计的小行星和彗星，都只是那场漫长、激烈筛选过程的最终幸存者。太阳系现在的样子，是混乱早期历史的产物，而不是一开始就井然有序地按位就坐的。

太阳系由一团气体云形成，催生了原恒星、原行星盘，最终成为行星的种子。我们太阳系历史上的巅峰成就是地球的形成与形成，正如我们今天所见，这并非曾经认为的那么罕见或特殊。

理解行星如何形成，本质上也是在理解我们自己从何而来。那团五十亿年前飘散在星际空间的气体与尘埃，经过无数次碰撞、融合与淘汰，最终在一颗普通恒星旁边造出了这颗能孕育生命的蓝色行星。这件事发生的概率不算高，但宇宙足够大，时间足够长，于是它发生了。