几个世纪以来——坦率地说，直到最近——天文学家一直对行星形成感到困惑。他们看到天空中光点以整洁有序的方式移动，但关于这些世界最初是如何形成的许多关键细节仍然是一个谜。
自那时以来，我们已经取得了长足的进步——而且速度惊人。借助更大的望远镜、更精确的仪器和先进的数字图像处理技术，关于行星如何形成的问题已经从推测性的猜测转变为一个健全的研究领域。而且，像大多数新兴科学学科一样，它也在迅速发展。我们过去只有少数关于胚胎行星系统的观测结果，但现在由于发现的惊人速度，我们已经有了数百个。
事实上，天文学家最近发布了 86 个新生行星家族的详细观测结果，为研究人员兴高采烈地分析增加了惊人的天体数量。通过分析，我们将更好地了解恒星和行星是如何诞生的。
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在过去——例如当我还是个孩子的时候——对行星形成的科学理解很薄弱，许多被抛出的想法都可以安全地称为“古怪的”。例如，其中一种观点是，一颗恒星非常靠近我们的太阳，以至于从中拉出了物质束，而这些物质束结合起来形成了行星。这是一个非常酷的想法——至少它的支持者是“有远见的”——但至少可以说这是一个牵强的想法。首先，在这种星系区域，恒星之间如此近距离的碰撞非常罕见，几乎不存在。而且，那种过热的太阳流会消散成虚无，而不是坍缩成整洁、持久的世界。
但随着时间的推移，观测结果越来越好，假设也越来越好。现在我们知道，当密度过高的物质团块在自身引力作用下坍缩时，恒星会在称为星云的巨大气体云中形成。物质会扁平成一个原恒星盘，物质在中心周围旋转，并为在那里形成的年轻恒星提供物质。最终，星盘——现在称为原行星盘——冷却下来，才能真正开始行星形成过程。行星的成长方式有两种：要么是卵石和岩石等小物体粘在一起形成更大的物体，要么是星盘的巨大碎片坍缩直接形成大型物体。
行星诞生的研究正处于转折点。过去，这些天体很少被发现，但现在观测正在大规模地扫除它们。
这些星盘在理论上存在了几十年，但直到 20 世纪 80 年代才有人真正探测到它们，当时对亮星织女星的观测显示，它被一个星光加热的尘埃环包围着。很快就发现了更多，尽管观测结果缺乏诊断细节。
当一组宇航员于 1997 年在哈勃太空望远镜上安装了太空望远镜成像光谱仪 (STIS) 时，情况发生了变化。STIS 能够阻挡目标恒星的大部分耀眼光芒，并提供任何大型星周盘的高分辨率图像。用 STIS 发现的许多星盘都带有螺旋臂——这表明有看不见的行星在用它们的引力使星盘旋转。在其他星盘中，科学家们看到了星盘中的明显缝隙，行星要么在物质中犁过并将其扫除，要么将轨道能量泵入那里的粒子并改变它们的轨迹。（完全披露：我曾在 STIS 工作，并且是研究这些星盘的项目的一部分。在那项研究中，我帮助以数字方式消除了恒星的光芒。成为最早详细看到这些结构的人之一是一种荣幸和喜悦。）
当然，自那时以来，对这些星盘的研究不断向前发展，令人难以置信的是，研究变得更好了。位于智利的阿塔卡玛大型毫米/亚毫米波阵列 (ALMA) 天文台已经仔细检查了数十个此类结构，并揭示了以前在无线电波段附近的光波长中看不到的细节。现在，天文学家正在用欧洲南方天文台庞大的甚大望远镜 (VLT)（也在智利）弥合可见光和无线电之间的差距。它由四个巨大的 8.2 米望远镜组成，其中一个庞然大物上安装了SPHERE，即光谱偏振高对比度系外行星研究仪。它是一个非常高分辨率的相机，可以拍摄具有如此精细细节的图像，以至于，不开玩笑，当我第一次看到它拍摄的我们太阳系中小行星的惊人照片时，我以为自己被恶作剧了。
VLT 的四个望远镜中的每一个都非常大，它可以收集大量光线并看到精细的细节，因此它能够观察许多正在形成过程中的恒星，并辨别周围物质中的结构——由行星盘中形成的原行星等大型天体产生的特征。在天文学与天体物理学杂志上的三篇论文中，天文学家报告了他们对猎户座、金牛座和蝘蜓座星座中三个附近星云中正在出现的行星系统的观测结果。这些恒星形成工厂都足够靠近地球，以至于强大的 VLT-SPHERE 组合揭示了无数细节。许多观测到的星盘都有缝隙和螺旋臂，这标志着行星的生长，更重要的是，将星盘与它们直接的天体物理环境联系起来。
例如，在金牛座星云中，SPHERE 观测了星云中约 20% 的 II 类天体（那些来自新生的恒星的光线刚刚从原恒星的黑暗中显现出来的天体），代表了所有质量超过太阳质量 0.4 倍的恒星的完整样本——其余的都太暗而无法可靠地探测到。在这些天体中，几乎三分之二的天体都有以前既没有见过也没有记录过的微弱星盘。
在金牛座星云中观测到的系统中，近三分之一是多星系统，其中两颗或多颗恒星相互绕轨道运行。统计数据显示，大约一半的恒星——不像我们的太阳——位于多星系统中，因此研究这些类似塔图因的环境中的行星形成将产生大量关于恒星多重性如何影响这些恒星周围行星的有趣数据。例如，在 SPHERE 研究的蝘蜓座星云中，在双星系统中，当质量较大的主星伴随着轨道较近、质量较小的次星时，星盘非常稀疏，这意味着恒星构型的某些方面抑制了行星诞生星盘的形成。
对于了解特定的物理环境，单个恒星和星盘非常有用，但我们需要更广泛的观测才能更好地了解行星是如何产生的——从某种意义上说，我们只有看到精细的细节如何融入更大的图景，才能理解这些细节。比较和对比这些行星育婴场的特征，包括它们的密度、年龄和化学结构，将有助于我们获得整体印象。
行星诞生的研究正处于转折点。过去，这些天体很少被发现，但现在观测正在大规模地扫除它们。正如我喜欢用新科学领域来比喻的那样，这就像是从集邮到动物学的转变——从“我们又发现了一个奇怪的天体！”到“我们已经发现了足够多的天体，我们开始注意到趋势，并看到创造它们的潜在机制。”
关于我们自己的太阳系是如何形成并在亿万年中演变成现在的构型，仍然存在许多问题。回答这些问题的关键一步是进行观测，让我们找到其他行星系统和我们太阳系之间更深层次的联系。
您可能认为天文学是研究您头顶上的一切，但事实上，它也包括您脚下的东西。