氣體巨行星形成所需的原料，並不是取之不盡的宇宙資源。年輕恆星周圍通常環繞著旋轉的原行星盤，裡面充滿未來行星所需的氣體與塵埃；但噴流、恆星風、物質落入恆星，以及恆星輻射，都會逐步把這些材料帶走。

由亞利桑那大學 Naman Bajaj 領導的研究團隊，利用詹姆斯・韋伯太空望遠鏡（JWST）中紅外線儀器 MIRI 的存檔觀測資料，分析 72 個傾角較大的年輕恆星系統。這些系統大多屬於 Class II 原行星盤，恆星本身也與太陽相似。研究結果發表於《天文學期刊》（The Astronomical Journal），顯示原行星盤如何失去氣體，會隨著系統演化而改變。12

核心問題：行星核心能否跑贏氣體消散？

岩石行星核心要成為氣體巨行星，必須在周圍的原行星盤仍保有足夠氣體時，迅速捕獲大量由氫、氦組成的外層大氣。如果氣體盤先被清空，這個核心可能只能維持岩石行星的樣貌，或成為含氣量較少的較小行星。

因此，這項研究將氣體巨行星的形成描繪成一場競賽：一邊是行星核心快速增長並捕獲氣體，另一邊則是噴流與恆星風將氣體儲庫逐漸驅散。12

這對木星這類行星尤其重要。研究無法確定木星是在什麼時候形成，但結果再次強調，木星的核心與龐大大氣，必須在早期太陽系仍保有大量氣體的短暫時期內完成組裝。12

72 個系統中，韋伯看見了什麼？

研究人員以分子和原子的紅外線發射，追蹤從原行星盤向外流失的物質。在 72 個系統中，有 66 個偵測到延伸的分子氫或電離氖發射。團隊進一步辨識出：

• 46 個圓錐狀分子氫風：顯示較廣泛的原行星盤物質外流。
• 40 個高速電離氖噴流：顯示速度更快、方向更集中的物質流。

所有出現電離氖噴流的系統，也都顯示存在更廣泛的風。在其中大多數系統，這些較寬廣的外流由分子氫追蹤；其餘則由原子氧追蹤。這種共同出現的關係，將狹窄而高速的噴流，與能夠移除行星形成環境中氣體的廣泛外流連結起來。2

這 72 個系統並不是同一個恆星系統從誕生到成熟的連續觀測，而是處於不同早期演化階段的系統集合。研究人員把它們視為一組「靜態畫面」，再依序比較，藉此重建原行星盤清除氣體的演化過程。12

氣體清除機制似乎會隨年齡轉換

研究結果與一種分階段的演化圖像相符：在行星系統誕生後的早期階段，主要由磁場驅動的噴流與分子風帶走物質；隨著系統老化，恆星輻射造成的氣體流失則變得更加重要。1

早期階段：磁驅噴流與分子風

恆星吸積率較高的系統，更容易出現噴流與分子風。這項關聯符合早期演化階段的情境：磁流體力學作用所驅動的噴流與風，主導原行星盤的物質清除。此時原行星盤仍積極將物質送入年輕恆星，但同一個活躍環境也開始把氣體排出系統。12

對正在成長的行星核心來說，這正是關鍵的危險期。原行星盤可能仍然富含氣體，卻也同時正以相當的速度失去這些氣體。

後期階段：噴流減弱，輻射驅動的流失接手

當吸積率下降，噴流會變弱，較熱的分子風示蹤訊號也會先減退。剩餘的外流則愈來愈偏向原子形式。研究人員將這種後期狀態解讀為：隨著原行星盤變薄，恆星輻射——包括光蒸發作用——在清除氣體的過程中變得更加重要。12

這並不代表某一種機制會在瞬間取代另一種機制，而是不同清除機制的相對重要性，會隨著恆星—原行星盤系統演化而轉變。觀測到的轉換有助於限制這個轉變發生的時間，但目前的偵測統計仍無法完整量化每一種風究竟帶走了多少物質。12

為什麼有些系統能形成氣體巨行星？

這項研究為相似的年輕恆星系統，為何最後可能形成截然不同的行星排列，提供了物理上的解釋。

如果某個岩石核心能夠及早長到足夠大，便可能迅速開始捕獲外層大氣，最終成為氣體巨行星；另一個系統的核心若成長較慢，則可能在達到這個門檻前，就失去大部分原行星盤氣體。

結果可能受到多項因素影響，包括原行星盤的質量、核心成長速度、恆星的吸積歷史、磁驅外流的強度，以及恆星高能輻射的程度。這項調查支持「風驅動的原行星盤消散」是造成差異的重要因素，但並未主張它是決定氣體巨行星能否形成的唯一原因。2

對木星與太陽系意味著什麼？

木星的形成，很可能必須趕在年輕太陽周圍的氣體盤大幅消散之前完成核心增長，並捕獲大部分氫、氦外層大氣。這項研究沒有提供木星確切的形成日期，卻凸顯了木星形成所需的時間限制。12

如今約 46 億歲的太陽系，原始的行星形成盤早已消失。現今的行星排列，反映的是太陽系早期一場短暫競賽的結果：行星不斷成長、物質向內落入年輕太陽，同時還有氣體透過噴流、恆星風與輻射逃逸到太空。12

換句話說，太陽系今日看似穩定的架構，可能是在一個相當短的早期窗口內定型的。其他年輕系統若在核心成長速度、氣體盤質量或恆星輻射環境上稍有不同，最終就可能形成完全不同的行星家族。2

下一步：測量這些風究竟帶走多少氣體

目前的研究已指出不同演化階段會出現哪些外流，但「看見外流」本身，還不能回答它們是否帶走了足以影響行星形成的氣體量。

研究團隊下一步計畫測量每一種風的質量流失率，並確認這些外流是從原行星盤的哪些半徑區域發起。12

這些數據將把紅外線訊號連結到一個更具體的問題：觀測到的外流，是否能以足夠快的速度耗盡原行星盤氣體，進而改變形成木星類行星的機率？如果答案可以被量化，科學家就能進一步判斷，原行星盤消散究竟如何塑造行星系統最後的樣貌。

氣體巨行星形成所需的原料，並不是取之不盡的宇宙資源。年輕恆星周圍通常環繞著旋轉的原行星盤，裡面充滿未來行星所需的氣體與塵埃；但噴流、恆星風、物質落入恆星，以及恆星輻射，都會逐步把這些材料帶走。

由亞利桑那大學 Naman Bajaj 領導的研究團隊，利用詹姆斯・韋伯太空望遠鏡（JWST）中紅外線儀器 MIRI 的存檔觀測資料，分析 72 個傾角較大的年輕恆星系統。這些系統大多屬於 Class II 原行星盤，恆星本身也與太陽相似。研究結果發表於《天文學期刊》（The Astronomical Journal），顯示原行星盤如何失去氣體，會隨著系統演化而改變。12

核心問題：行星核心能否跑贏氣體消散？

岩石行星核心要成為氣體巨行星，必須在周圍的原行星盤仍保有足夠氣體時，迅速捕獲大量由氫、氦組成的外層大氣。如果氣體盤先被清空，這個核心可能只能維持岩石行星的樣貌，或成為含氣量較少的較小行星。

因此，這項研究將氣體巨行星的形成描繪成一場競賽：一邊是行星核心快速增長並捕獲氣體，另一邊則是噴流與恆星風將氣體儲庫逐漸驅散。12

這對木星這類行星尤其重要。研究無法確定木星是在什麼時候形成，但結果再次強調，木星的核心與龐大大氣，必須在早期太陽系仍保有大量氣體的短暫時期內完成組裝。12

72 個系統中，韋伯看見了什麼？

研究人員以分子和原子的紅外線發射，追蹤從原行星盤向外流失的物質。在 72 個系統中，有 66 個偵測到延伸的分子氫或電離氖發射。團隊進一步辨識出：

• 46 個圓錐狀分子氫風：顯示較廣泛的原行星盤物質外流。
• 40 個高速電離氖噴流：顯示速度更快、方向更集中的物質流。

所有出現電離氖噴流的系統，也都顯示存在更廣泛的風。在其中大多數系統，這些較寬廣的外流由分子氫追蹤；其餘則由原子氧追蹤。這種共同出現的關係，將狹窄而高速的噴流，與能夠移除行星形成環境中氣體的廣泛外流連結起來。2

這 72 個系統並不是同一個恆星系統從誕生到成熟的連續觀測，而是處於不同早期演化階段的系統集合。研究人員把它們視為一組「靜態畫面」，再依序比較，藉此重建原行星盤清除氣體的演化過程。12

氣體清除機制似乎會隨年齡轉換

研究結果與一種分階段的演化圖像相符：在行星系統誕生後的早期階段，主要由磁場驅動的噴流與分子風帶走物質；隨著系統老化，恆星輻射造成的氣體流失則變得更加重要。1

早期階段：磁驅噴流與分子風

恆星吸積率較高的系統，更容易出現噴流與分子風。這項關聯符合早期演化階段的情境：磁流體力學作用所驅動的噴流與風，主導原行星盤的物質清除。此時原行星盤仍積極將物質送入年輕恆星，但同一個活躍環境也開始把氣體排出系統。12

對正在成長的行星核心來說，這正是關鍵的危險期。原行星盤可能仍然富含氣體，卻也同時正以相當的速度失去這些氣體。

後期階段：噴流減弱，輻射驅動的流失接手

當吸積率下降，噴流會變弱，較熱的分子風示蹤訊號也會先減退。剩餘的外流則愈來愈偏向原子形式。研究人員將這種後期狀態解讀為：隨著原行星盤變薄，恆星輻射——包括光蒸發作用——在清除氣體的過程中變得更加重要。12

這並不代表某一種機制會在瞬間取代另一種機制，而是不同清除機制的相對重要性，會隨著恆星—原行星盤系統演化而轉變。觀測到的轉換有助於限制這個轉變發生的時間，但目前的偵測統計仍無法完整量化每一種風究竟帶走了多少物質。12

為什麼有些系統能形成氣體巨行星？

這項研究為相似的年輕恆星系統，為何最後可能形成截然不同的行星排列，提供了物理上的解釋。

如果某個岩石核心能夠及早長到足夠大，便可能迅速開始捕獲外層大氣，最終成為氣體巨行星；另一個系統的核心若成長較慢，則可能在達到這個門檻前，就失去大部分原行星盤氣體。

結果可能受到多項因素影響，包括原行星盤的質量、核心成長速度、恆星的吸積歷史、磁驅外流的強度，以及恆星高能輻射的程度。這項調查支持「風驅動的原行星盤消散」是造成差異的重要因素，但並未主張它是決定氣體巨行星能否形成的唯一原因。2

對木星與太陽系意味著什麼？

木星的形成，很可能必須趕在年輕太陽周圍的氣體盤大幅消散之前完成核心增長，並捕獲大部分氫、氦外層大氣。這項研究沒有提供木星確切的形成日期，卻凸顯了木星形成所需的時間限制。12

如今約 46 億歲的太陽系，原始的行星形成盤早已消失。現今的行星排列，反映的是太陽系早期一場短暫競賽的結果：行星不斷成長、物質向內落入年輕太陽，同時還有氣體透過噴流、恆星風與輻射逃逸到太空。12

換句話說，太陽系今日看似穩定的架構，可能是在一個相當短的早期窗口內定型的。其他年輕系統若在核心成長速度、氣體盤質量或恆星輻射環境上稍有不同，最終就可能形成完全不同的行星家族。2

下一步：測量這些風究竟帶走多少氣體

目前的研究已指出不同演化階段會出現哪些外流，但「看見外流」本身，還不能回答它們是否帶走了足以影響行星形成的氣體量。

研究團隊下一步計畫測量每一種風的質量流失率，並確認這些外流是從原行星盤的哪些半徑區域發起。12

這些數據將把紅外線訊號連結到一個更具體的問題：觀測到的外流，是否能以足夠快的速度耗盡原行星盤氣體，進而改變形成木星類行星的機率？如果答案可以被量化，科學家就能進一步判斷，原行星盤消散究竟如何塑造行星系統最後的樣貌。