在太阳系形成的早期，要生成一颗行星，最快的途径可能是一堆小型天体的堆砌，而不是大型天体的结合。
大约45亿年前，太阳系还是一个幼儿园，其中满是蹒跚学步的幼年行星。
太阳系诞生后，一些气体与尘埃残留下来，形成原行星盘，在初生的太阳周围旋转，其中点缀着各种岩质天体，有直径在1到100公里之间的微行星，也有直径约1000公里的原行星。这情景，就仿佛把一群孩子圈在一处，他们的个头还大小不一。
跟任何幼儿园一样，这是个闹哄哄的地方。微行星呼啸而过，时不时跟其他微行星“撞车”。在“事故现场”旁边，尘埃与岩石碎片飞驰而过。几百万年之后，这场喧嚣终于平息，今日所见的太阳系行星中，大部分行星开始亮相。
科学家曾以为，行星之所以形成，是缘于微行星的碰撞融合，就好像一把把的橡皮泥被捏到一起。但这样的过程耗时过长。最近，天文学家又提出一种新的假设来解释幼年行星的成长历程。
计算机模拟显示，在原行星盘中，碎石会主动飞向原行星，一转眼，就使它成长为羽翼丰满的行星——就仿佛小孩突然之间长肉、长个，变成大人。
这被称为“碎石吸积”理论，它正在重塑科学家对早期太阳系的想象。它也开启了新的研究方向，比如探究除太阳以外，其他恒星的行星是如何形成的。“这样形成天体既快又简单。”该理论的提出者之一、瑞典隆德大学天文学家米希尔·兰布莱希茨（Michiel Lambrechts）说，“碎石吸积理论解答了很多问题。”
其中最主要的就是时间问题。模型显示，随着气体逐渐蒸发，尘埃被早期太阳的引力场收走，原行星盘会逐渐消散，这个过程耗时100万年至1000万年之间。在其消散以前，最大的几颗行星，比如木星和土星，已经通过某种方式拥有了质量相当于十个地球的行星核。这个过程要是靠微行星，所需时间就太长了，因为微行星遇到幼年行星时，通常会与之擦肩而过，不会被其重力俘获。
碎石吸积：一颗碎石从原行星天体旁掠过，在进入原行星引力范围（虚线所示范围）时，受到周围气体的摩擦并减速，从而被原行星的引力所俘获，以螺旋轨道落向天体。比碎石更大的微行星则会与之擦肩而过。久而久之，大量碎石与原行星融为一体，使之迅速壮大。
另一方面，碎石很容易被原行星的重力捕获，这样只需吸积100万年左右，行星就能形成。已知这种碎石是存在的，因为天文学家曾在一些幼年恒星的周围，观测到绕行的碎石。射电望远镜（比如美国新墨西哥州的甚大阵望远镜）通过测量碎石的无线电波长，得知了原行星盘中碎石的大小。这些原行星盘中通常含有大量碎石——有的质量相当于地球的数百倍——它们缓缓向恒星漂去。
这些碎石由更小的尘埃碰撞融合而成。“原行星盘中，大部分尘埃都变成了碎石。”碎石吸积理论的另一位提出者、隆德大学天文学家安德斯·乔汉森（Anders Johansen）说。他将原行星盘称为“碎石工厂”。
2010年前后，乔汉森和兰布莱希茨开始好奇：这些碎石是否跟行星形成有关。他们展开了一系列计算，看碎石跟原行星盘中其他更大的碎片之间，可能会产生怎样的互动。他们意外地发现，这些碎石可以迅速吸积到原行星上。
关键在于摩擦。设想有一颗直径100公里的原行星，一连串碎石从旁掠过，并在气体的摩擦下，不断减速，最终被原行星的引力场捕获，以螺旋轨道，坠向它的表面。每一次撞击都为原行星增加一点点质量——次数一多，原行星的直径很快增长到1000公里。“从很多方面看，碎石吸积都是天体增加质量的最高效方式。”兰布莱希茨说。
如果某个原行星盘中一半是微行星，一半是碎石，那么，碎石吸积的效率将是微行星结合的1000倍，兰布莱希茨说。
碎石吸积理论有助于解释太阳系的多个特征。
比如，美国宇航局（NASA）的“朱诺号”飞船正在绕木星飞行，它发现，这颗气体巨行星的行星核比科学家预期的更大、更弥散。这可能意味着碎石吸积在发挥作用，乔汉森说——要在原行星盘消散以前，及时形成如此巨大的行星核，碎石吸积是唯一途径。
对于久未解开的天王星和海王星形成之谜，碎石吸积理论也带来了启发。这两颗冰巨行星很令人不解：一开始，它们的行星核都不小，但后来并没有像木星和土星一样，被大量气体包裹起来。可能的解释是，幼年木星和幼年土星后来达到了“碎石孤立质量”，周围气体产生冲击压，将所有迫近的碎石推出。一旦停止吸积碎石，木星和土星就开始聚集气体。而天王星和海王星从未达到碎石孤立质量（轨道距离越大，对应的碎石孤立质量越高），于是变成了冰巨行星，而不是气体巨行星。
冻结中萌芽：原行星也许能靠碎石不断壮大，但它们本身又是如何形成的呢？一种猜想是，这些行星种子形成于“冻结线”（恒星周围，液态水开始冻结的界限）外不远处。在冰雪覆盖下，尘土颗粒密度增加，凝聚起来的团块比在液态水区域更大，移动速度也更快。这导致冰碎石在冻结线外不远处堆积，这些团块可能就成了行星的种子。
在太阳系之外，碎石吸积理论也解释了一些谜团，比如在距恒星很远处，大型行星是如何形成的。以飞马座的年轻恒星HR 8799为例，它距地球约129光年，拥有四颗体积比木星还大的行星，这些行星与HR 8799之间的距离是日地距离的68倍（相比之下，木星与太阳的距离是日地距离的五倍左右）。乔汉森和兰布莱希茨的计算机模拟显示，就算与恒星距离再远，这些行星也有可能启动碎石吸积，变得越来越大，并不断靠近恒星，直至进入当前轨道。在原行星盘存在的时间跨度内，这整个过程都可以上演一遍。而旧的假设下就不行了，因为在那么远的地方，微行星的数量根本不够，无法形成高效的吸积。
一个很大的问题仍有待解答：原行星又是从哪儿来的？一种可能的答案是冻结线——恒星周围，液态水开始冻结的界限。
在那里，尘埃和碎石由湿变干，物理性质出现变化。它们开始“抱团”。不同于原行星盘中其他部分，它们在这里可以大块凝聚，充当原行星的种子，吸积其他碎石。
因此，冻结线成了最早一批原行星诞生的最佳地点，苏黎世大学天体物理学家乔安娜·德拉科斯卡（Joanna Drążkowska）说。这些最早的原行星一经成形，就会开始吞噬原行星盘中的碎石。
这一场景有可能就发生在宝瓶座。宝瓶座有最知名的行星系统之一，七个地球般大小的行星绕着恒星TRAPPIST-1转动，距地球39光年。最近，阿姆斯特丹大学天文学家克里斯·奥梅尔（Chris Ormel）和同事们计算得出，原行星在恒星周围的冻结线处开始成形，继而通过碎石吸积，迅速成长起来。到了和地球差不多大小的时候，由于引力与周围原行星盘的作用，吸积过程戛然而止。“经典理论很难解释这一系统。”奥梅尔说——但碎石吸积理论可以。
随着天文学家发现的恒星和行星越来越多，碎石吸积理论将有助于他们理解各种行星的演化过程，兰布莱希茨说。“有了碎石吸积理论，与行星形成有关的一切都变得活跃起来。”
翻译：雁行
校对：其奇
编辑：漫倩
来源：The Atlantic
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