宇宙中，每一顆行星的誕生，都始於一片混沌的氣體與塵埃。但你知道嗎？氣態巨行星如木星，必須在「短短幾百萬年」內快速形成，否則就會錯過宇宙送給它的大氣層禮包；而像地球這樣的岩質行星，則能從容地在塵埃中緩緩成形，歷經億萬年的雕琢。
這樣的差異從何而來？行星究竟是如何在恆星周圍的「原行星盤」中誕生的？最近，一項由 美國威斯康辛大學麥迪遜分校主導的國際天文研究，透過 阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（ALMA） 對年輕恆星進行長達數年的追蹤觀測，首度完整描繪出原行星盤中氣體質量隨時間變化的精確輪廓，為我們揭開了行星形成早期的關鍵機制。
一、為什麼要研究原行星盤？因為行星是「氣」中生的！
所謂的「原行星盤」（Protoplanetary Disk），是由氣體與塵埃組成、環繞在新生恆星周圍的盤狀結構。它是行星的「育嬰室」，也是整個太陽系早年演化的縮影。研究人員指出：
想知道一個恆星系統可能孕育哪些類型的行星，首先要搞清楚它的原行星盤質量與成分。
這些盤裡的物質，早期以氣體為主（約 99%），其中大部分是氫與氦；另外約 1% 則是固態塵埃，最終會聚集成行星、小行星與彗星的核心。
然而，這些氣體並不會永遠存在。隨著時間推移，氣體會因紫外線輻射、恆星風或行星形成過程而逐漸散失，留下來的塵埃才會進一步形成固態天體。
二、ALMA 發威！首次精準掌握氣體質量變化曲線
過去，天文學家雖然知道原行星盤會隨時間流失氣體，但由於測量工具的限制，很難準確量化這個過程。這次研究團隊使用了 ALMA 對 30 顆年輕恆星 進行長期監測，並特別關注一種名為 N2H+（雙氮離子） 的分子信號。
為什麼選 N2H+？因為它不會與氫氣發生反應，能穩定存在於盤中，且對盤內氣體總量極為敏感，非常適合作為「氣體含量的示蹤劑」。
透過追蹤 N2H+ 的強度變化，團隊得以排除以往用 CO（一氧化碳）估算時的誤差，首次畫出從恆星誕生後不到 100 萬年到 500 萬年之間，氣體質量如何快速流失的完整曲線。
結果發現：
📉 氣體質量在最初幾百萬年流失最快，之後速度趨緩
🏠 塵埃的散失則相對穩定，持續緩慢減少
這意味著：若你想形成木星這種氣體巨行星，就必須趁早行動！
三、氣體巨行星 vs. 岩質行星：不同的形成窗口，不同的命運
這項研究的一個重大突破，在於釐清了不同類型行星的形成「時間窗口」：
🔴 氣態巨行星（如木星、土星）
- 必須在原行星盤氣體還充沛的「頭幾百萬年」內快速積累足夠質量
- 一旦氣體大量散失，就無法再形成厚實大氣層
- 因此這類行星的形成，講求的是「速度與效率」
⭐ 岩質行星（如地球、火星）
- 可以在氣體已大量流失後，仍慢慢從塵埃中累積質量
- 形成時間可長達數億年
- 更適合在氣體耗盡後的「清靜環境」中慢慢孕育生命
這也解釋了為什麼我們的太陽系中，氣體巨行星位於外圍，而岩石行星則靠近太陽——因為它們本就是在不同時間、不同條件下形成的。
四、下一階段：韋伯太空望遠鏡出手！聚焦內盤化學成分
雖然 ALMA 讓我們看清了原行星盤的「氣體骨架」，但行星真正的「出生地」，是在盤中最內層、靠近恆星的地方——那是岩質行星的搖籃。
為了進一步破解這個區域的化學組成，研究團隊已經開始運用 詹姆斯・韋伯太空望遠鏡（JWST） 所提供的紅外線觀測數據，針對相同目標進行深入分析。
JWST 的優勢在於能穿透塵埃雲，精準量測圓盤內部的熱輻射與分子光譜，讓科學家得以推斷該區域是否存在水、甲烷、二氧化碳等關鍵物種——這些都是形成宜居行星的重要元素。
五、研究成果登《天文物理期刊通訊》，行星形成模型迎來重大更新
這項突破性研究目前已進入最終審稿階段，預計將發表於頂尖天文期刊《天文物理期刊通訊》（The Astrophysical Journal Letters）。它的發表，不僅填補了行星形成理論中「氣體流失時機」的空白，更為未來尋找系外行星、評估其宜居潛力提供了堅實的觀測基礎。
未來，隨著 ALMA 與 JWST 觀測能力的持續提升，我們將能逐一拆解不同恆星系統的原行星盤結構，甚至預測哪些地方最有可能誕生類地行星。
六、結語：從氣體到生命，宇宙正在我們眼前拼湊生命的拼圖
從一團渾沌的氣體雲，到擁有海洋與大氣的岩質世界，行星的誕生是一場跨越數百萬年的精妙舞蹈。這次的研究提醒我們，時間、位置與環境，都是決定行星命運的關鍵因素。
或許在不久的將來，當我們在某個系外行星的大氣中探測到氧氣或甲烷時，回想起的，就是今天這場關於氣體流失速率與原行星盤化學組成的重要發現。
