制造行星并非易事。
首先你需要一个围绕新生恒星旋转的气体和尘埃盘。盘中的岩石和矿物颗粒以某种方式聚集在一起，最终成长为整个世界。但是，尘埃颗粒究竟如何粘合在一起长期以来困扰着科学家。静电力会形成鹅卵石大小的团块，类似于沙发下形成的灰尘团。但这个过程在更大的尺度上会逐渐减弱，更大的物体在碰撞时会弹开或破碎，而不是粘在一起。一定有其他因素在引导行星的早期生长，但究竟是什么呢？
大约十年前，天体物理学家安德鲁·尤丁（现任职于亚利桑那大学）和普林斯顿大学的杰里米·古德曼发现，盘中旋转的尘埃颗粒与气体之间的阻力可以形成行星的种子。尤丁和古德曼将他们提出的行星形成机制称为“流式不稳定性”。
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尤丁说，尘埃的行为类似于赛跑中的自行车手为了减少阻力而挤在一起。“这是我们目前理解行星形成过程如何真正开始的最佳方法之一，”他说。这种阻力——正是使你逆风行驶更加困难的力——促使颗粒聚集成团，然后通过自身的引力迅速坍缩成固体，形成大块物质，这些物质结合在一起形成完整的行星。“在过去十年里，出现了很多相关研究，因为（流式不稳定性）可能代表了我们对行星如何形成的理解的突破，”加州理工学院的天体物理学家菲利普·霍普金斯说。
但现在可能还有更多故事。
在最近的一系列论文中，霍普金斯和他的加州理工学院同事乔纳森·斯奎尔描述了尘埃在气体中拖拽如何产生深远的影响，超越了行星形成盘，延伸到整个宇宙。盘中的气体导致轨道上的尘埃颗粒减速——允许其他颗粒在它们后面堆积。这些堆积的颗粒会在气体中产生尾流，吸引附近的其他颗粒，就像舞会上的康加舞一样。根据是否存在电磁场等条件，尘埃可以在各种尺度上形成团块、薄片、细丝或其他结构。
这种被称为“共振阻力不稳定性”的过程是一种更广泛的现象，包括流式不稳定性。它们都依赖于与阻力的相同类型的相互作用，但流式不稳定性是发生在行星盘中的一个特例。然而，从理论上讲，阻力不稳定性应该发生在任何存在尘埃和气体的地方——例如黑洞和恒星周围，甚至在星际空间的深处。“任何时候你试图让粒子在气体中移动，都会出现这种不稳定性的变体，”霍普金斯说。这种不稳定性可能在各种过程中发挥重要作用，从某些恒星如何通过吹出恒星风来衰老和死亡，到火山灰如何在行星大气中沉降。
特别是，研究人员发现了一种新型的阻力不稳定性，它也可能发生在行星形成盘中。在这个被称为“沉降不稳定性”的过程中，尘埃在盘内沉降时可能会聚集成同心圆环，从而可能增强流式不稳定性，并加速行星的快速形成。“普遍的感觉是，需要的不仅仅是流式不稳定性，”霍普金斯说。“许多人担心的是，这种特定不稳定性能够运行的特定环境非常狭窄。”流式不稳定性在尘埃丰富的环境中效果最佳，在这种环境中，只有一定粒径的颗粒才会沉降到气体中的薄盘中。只有一部分行星形成盘可能满足这些标准，但统计数据表明所有恒星都有行星。从理论上讲，其他由阻力驱动的行星形成机制（如霍普金斯和斯奎尔的提案中的沉降不稳定性）可以弥补这一差异。
“行星形成是人类最伟大的智力好奇之一，”加州理工学院的天体物理学家康斯坦丁·巴蒂金说，他没有参与任何一组的研究。“关于如何形成构建模块的问题困扰该领域数十年。对最小碎片如何形成有这种新兴的理解，我认为这是一个非常重要的突破。”
其他人则不太确定。研究气体动力学的普林斯顿大学天体物理学家吉姆·斯通说，流式不稳定性已经相当普遍，并且发挥着如此大的作用，似乎不需要太多帮助。“很难想象还有什么更重要的，”他说。
然而，研究人员一致认为，需要做更多的工作来研究霍普金斯和斯奎尔的机制及其影响。特别是，需要更好的计算机模拟来模拟特定场景（例如这对夫妇提出的环形沉降不稳定性）如何在更真实、更湍流和更混乱的条件下产生和演变。霍普金斯说，这样的模拟已经开始进行。此外，新的射电望远镜观测可以窥视行星形成盘的黑暗核心，也可以为支持或反对沉降不稳定性等过程提供更多证据，尤丁说。
“这项工作真正有趣的地方在于他们统一了数学，”斯通说，表明包括流式不稳定性在内的阻力不稳定性本质上是相同的。他指出，最令人兴奋的可能是这些现象可能发生在整个宇宙中。
它们甚至可能发生在地球上。霍普金斯说，他和斯奎尔听取了火山学家的报告，他们怀疑已经目睹了地球大气中火山灰降落时发生阻力不稳定性的证据。火山灰下落时团聚得越多，它阻挡的阳光就越少，从而减少了它对地球的冷却效应；因此，了解阻力不稳定性如何影响火山喷发，可能对改进气候变化模型至关重要。
尽管如此，在现阶段，对阻力不稳定性的新兴研究尚未明确解决任何谜团。“我认为这不是在关闭问题，”尤丁说，“而是真正打开了新的研究途径。”