臺北市立天文科學教育館

2014 年，位於智利阿塔卡瑪沙漠的大型毫米／次毫米波陣列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA）首度公布 HL Tau 星盤的高解析影像，成為該望遠鏡最具代表性的成果之一。這顆年僅百萬年的年輕恆星，其周圍的塵埃盤中竟出現清晰的環帶與縫隙，首次提供了行星可能在極早期便開始改變盤面結構的觀測證據。這項發現引發天文學界對行星形成時機與機制的廣泛討論：行星是否在恆星尚未完全「長大」之前，就已開始重塑其周圍環境？

2018 年的後續研究顯示，類似結構在多數原行星盤中普遍存在，激起了「是否為行星所致」的辯論，也讓天文學界更加關注這些結構背後的成因。2021 年，天文學家提出一套包含五個階段的原行星盤演化模型，用以描述從年輕盤的平滑結構，到出現環帶、間隙與中央空洞的轉變過程。如今，研究人員結合 ALMA 的觀測資料與高階數值模擬，成功建立這五個演化階段的形成條件與動態過程，進一步支持這套模型所假設的行星形成機制。

原行星盤的演化可歸納為以下五個階段：

階段 I1（初期）：

盤面結構仍然平滑，幾乎看不出明顯的環帶或間隙，尚未有行星形成的跡象。

階段 II2（中期）：

原行星開始出現，重力作用在盤面挖出初步的間隙，形成早期的環帶結構。

階段 III3（中期）：

行星進一步成長，盤面中的環帶與縫隙更為明顯，顯示巨大行星可能已在百萬年內，甚至更短時間內，於遠離母恆星的位置成形。

階段 IV4（後期）：

盤面中央出現明顯的塵埃空洞，表示行星與盤面之間的交互作用加劇，系統進入後期演化階段。

階段 V5（後期）：

中央空洞進一步擴大，盤面結構轉變顯著，反映出行星形成對盤面造成的長期影響。

圖說：這張圖上方顯示的是原行星盤五個演化階段的模型示意圖，下方則列出 15 個實際由 ALMA 拍攝的原行星盤影像，依據其結構特徵分別對應到不同的演化階段。Credit: Orcajo, S. et al. (2025)

這些演化階段的形成，推測與行星在盤中造成的壓力變化有關，進而改變氣體密度與塵埃的堆積分布，促成環帶與縫隙等結構的出現。模擬結果顯示，即使行星的質量與軌道差異甚大，仍可能形成與 HL Tau 類似的盤面樣貌。這項研究不僅深化了我們對 HL Tau 影像的理解，也為行星與盤面互動的物理機制提供了重要線索。未來若能觀測到更小、光度更低的岩質行星，將有助於釐清類地行星的形成過程，並進一步補足我們對太陽系起源的認識。（編譯 / 段皓元）

資料來源：ALMA