为什么八大行星既有岩石行星又有气态巨行星

在太阳系的八大行星中，距离太阳较近的水星、金星、地球和火星都和地球相似，有一个金属内核，由岩石组成行星外壳，是岩石行星；而距离太阳较远的木星、土星、天王星、海王星则主要以金属和岩石为内核，外层包裹着厚重的气体，是体积远大于岩石行星的气态巨行星。是什么原因造成了太阳系的八大行星出现两种截然不同的结构呢？

原始宇宙中弥漫着岩石、尘埃、气体等物质，这些物质共同组成聚落，它们在外部影响和万有引力的共同作用下，开始旋转、聚合，逐渐出现了一个以原始太阳为中心，周围散布着各种物质的“盘”。这个原始太阳就像雪球一样一边旋转，一边依靠引力，将盘中绝大部分的物质黏附到身上。原始太阳质量的增加也使其内部因重力造成的压力迅速升高，温度也急剧攀升，并达到核聚变反应所要求的温度。原始太阳的内核一旦被核聚变点燃，太阳就在“燃烧”中真正诞生了。

太阳的诞生带走了“盘”上大量的物质，但还有一些物质仍旧分布在这个被称作“原行星盘”的盘状结构上。这些物质在“盘”上并非均匀分布，分布相对比较密集的部分在旋转运动过程中，会在引力的作用下逐渐组合成尺寸较大的星子。随后，这些星子一方面会将其旋转轨道附近的物质吸附（天文学中将这种过程称作“吸积”），另一方面则会和与其运动方向相反的物质碰撞，从而将这些物质清出轨道。在这两种物理过程中，“盘”中逐渐形成若干星子所在的条带，而条带中逐渐形成在相应轨道公转的行星。这就是太阳系形成的“星云假说”。

但如果仅仅是这样的话，八大行星的结构就应该差不多了。为什么距离太阳较近的行星主要由岩石这类固体组成，而较远的行星主要由水冰和甲烷冰这样的冰类物质以及气体构成呢？在火星和木星之间仿佛存在一道同高山上经常出现的高原雪线一样的分割线——冻结线。冻结线的一侧是地表温度较高、表面无水，或存在液态水的岩石行星，而冻结线的另一侧则是表面温度极低，水和甲烷以冰的形式存在的气态巨行星。

同高原雪线一样，冻结线的出现与温度和压力息息相关。物质通常会以气态、固态和液态三种物态中的一种存在，并会随着温度和压力的变化在这些物态间相互转化。在我国北方，波光粼粼的湖面会随着冬季的到来成为人们滑冰的好场所，而加湿器中的液态水也会随着蒸发过程转化为以气体形式存在的水蒸气。在高原雪线之上，气温低于水的冰点，水会以固态冰的形式存在；而在高原雪线之下，温度升高，冰雪消融后转化为液态水，汇入江河。

同样的物态变化也发生在宇宙中。构成原行星盘的物质不仅包括岩石与尘埃，也包括以冰的形式存在的水、甲烷和其他气体。在早期太阳系由内向外的宇宙空间中，温度呈现由高至低的空间分布。离中心越远的地方，温度越低。在这种情况下，物质开始出现相变。距离太阳较近的位置，温度较高，水冰、甲烷冰无法凝结形成，无法形成由它们所组成的星子；而金属、岩石物质可以凝聚出来，参与到星子和后续行星的形成。在火星和木星之间的某处，宇宙空间的温度低至让水和甲烷可以以固态冰的形式而存在。这些冰就连同岩石、金属一起参与这些行星的固态星子形成的过程。这使得这些富含冰的星子的质量远大于岩石行星的质量，它们对轨道附近物质的吸积能力也更强。更多的气体被吸附到它们身上，从而形成气态巨行星。

所以，在太阳和太阳系的形成过程中，原行星盘从内到外温度由高至低分布，不同物质在温度的影响下会以不同的状态存在，那些仅能以固态形式存在的物质参与了星子的形成。水和甲烷的冰点划分了冰能够存在于星子形成的界限——冻结线。在冻结线内，只有水星、金星、地球、火星这样的岩石行星；而在冻结线外的土星、木星、天王星和海王星，大量的冰使固态星子质量更大，吸附了更多轨道附近的气体，使它们逐渐演化为气态巨行星。 BeSYSc1cNCswTY13mMc9gI3ehSTjTUdPzAscLVO9BSv6J6v19Ue8Andx+0Lh/osD