星球的早期是由气体剧烈碰撞所主宰，核反应渐渐地开始了，这使得演化成熟的星球能够稳定地发出能量。并且持续数百万年。

抬头仰望清晰的夜空，远离城市烟火，人们可以看到宇宙中分布了数不尽的恒星。自然界是如何让这些繁星沉寂在我们的银河系中?星球在宇宙产生后(距今100亿年～200亿年)仍然不断地诞生，这些星球又是如何产生的?在年轻的星球转变为成熟稳定星球(如太阳)的过程中，又经历了哪些变化?

以物理学家的论点而言，一个星球（恒星）

只不过是一团受重力束缚的高热气体球。它内部的高热与压力使得气体球内部产生核反应(主要是氢聚变成氦)，核反应产生的压力使星球不会受重力作用而继续收缩。这种简单的系统能够清楚地描述星球演化的过程：刚开始是一团星际气体慢慢收缩而变密。到最后星球将所有的核燃料消耗完，使光度逐渐变暗而形成白矮星、中子星或黑洞。

以上的描述似乎会使人以为，早期星球演化的各个细节应该很容易了解。但事实不然，例如在考虑亮度变化的过程中，尚未进入主序星的年轻星球因为内部温度太低，无法进行核聚变反应，理论上这个阶段的星球亮度应该是最低的。

当它进入主序星阶段，核聚变反应逐渐开始，它的亮度也逐渐增加，最后再变暗。事实上，一些年轻的星球是非常亮的，它的亮度随年纪增加而变弱，当亮度达到最小值时，核聚变反应才开始，这与预测的完全不同。早期星球的物理过程非常复杂，有些部分至今仍然不清楚。直到最近20年才有天文学家开始将各个片断的理论现象连接起来，形成一个完整的物理图像。

分子云的收缩过程

在银河盘面上，一团气体透过本身的重力收缩而逐渐形成星球。这团体积大而且可见光不易穿透的气体称作巨大分子云。分子云表示气体主要由分子状态的氢气所组成，这个分子云是银河系中最大的结构，直径大于300光年。

星球通常在分子云中较为稠密的区域中诞生。这稠密的区域称为稠密核，一般天文学家是利用无线电波望远镜来研究稠密核的特性。因为只有用这种大型的无线电波望远镜才能侦测到发自分子云微弱的毫米电磁波。这种辐射并不是来自氢分子本身，而是来自核内的其他分子，

如CO、CS。由这些分子发出的辐射可知：稠密核密度为每立方厘米约3万个氢分子，温度约为IOK。研究者可由以上的数据推算出，稠密核的压力刚好可抵挡住本身的重力收缩，因此一个星球的形成，必须由稍不稳定状态开始收缩而形成(稍不稳定指的是重力稍微大于气体压力)。

稠密核本身如何在分子云中收缩达到稍不稳定的原因，并不清楚。即使如此，天文物理学家仍然有其他工具可以研究星球的形成。在19世纪90年代发现稠密核之前，理论学家就曾利用电脑模拟，推断星球如何在不稳定状态下收缩。利用电脑做模拟实验时，每次模拟都假设不同的初始条件，但每个结果都显示分子云并不是剧烈的不稳定收缩。也就是说，中心物质先进入如自由落体般的收缩状态，外面的气体仍然保持静止，收缩区域渐渐地由中心向外扩散。在收缩区域的中心，一颗恒星经由分子碰撞而形成。

恒星本身直径约一个光秒，大约是稠密核的千分之一。

由于体积太小，至今仍不能清楚地观测到它的收缩过程，唯一能观测的只是质量流入中心的速度。这个流量指的是单位时间内流过以分子云中心为圆心的一假想圆球壳面的质量。关于这点，加州大学伯克利分校的徐遐生院士提出一个非常重要的理论。他利用自我相似性的假说证明，质量流入中心的速度只取决于分子云刚开始的温度：温度愈高，速率愈大。他的研究结果显示，正在收缩的稠密核中心，一个太阳大小的物质的流入，需10万年～100万年。

在收缩分子云中形成的物体称为原始星球。比较流行的原始星球理论起源于1969年，耶鲁大学的拉生在电脑中模拟一团分子云如何收缩成星体。他发现理论上可以在分子云收缩过程中，将原始星球与分子云完全隔离开来，也就是说研究者可采取比较奇怪的边界条件(四周不断有质量流入系统)，将原始星球当作一颗孤立的星球，而完全忽略掉分子云其他区域。天文学家利用这套方法，可以研究不同的流量对原始星球演化的效应。1980年徐院士及西北大学的谭远培，首先利用这种方法研究一个太阳质量的原始星球的特性。1990年麻省理工学院的斯塔勒与帕拉合作，利用这种方式研究质量更大的原始星球特性。

原始星球

通过电脑模拟，天文学家现在已发展出一套理论来描述原始星球。他们发现当流人的气体以高速撞击到原始星球时，并不是缓慢地落到原始星球表面，而是在原始星球外形成震波以阻止气体撞到表面。当气体进入震波内，会被加热到百万摄氏度，然后气体透过辐射降温到10 000℃，然后才一层层地沉积在原始星球表面。这可以解释为什么年轻的星球会非常亮。假如原始星球累积到一个太阳的质量，当气体碰到震波前产生的亮度是太阳的6倍～60倍，这超常的亮度并不是来自于核聚变反应，而是来自物质受重力收缩而形成的动能。

原始星球的亮度可观测到，但并不能从光学望远镜看到。所有在星际空间的气体(包括分子云)，都含有尘埃，一种次微米大小的固体粒子。当光子从震波前向外流出时会撞上跟着气体向内收缩的尘埃。这些尘埃无法掉到原始星球表面，因为震波内的高热可以将尘埃蒸发掉。天文学家称此尘埃蒸发的区域为“不透明缝隙区”。远离此区域的地方温度较低，所以尘埃并不会被蒸发，较冷的尘埃吸收震波产生的光子，然后重新辐射出波长较长的电磁波，这些电磁波又被更远的尘埃吸收，然后再辐射。这些光子不断地在分子云内被尘埃再吸收，再辐射，直到光子的平均波长落在红外线范围之外。这时光子的位置大约在离原始星球几个光时的区域(称为尘埃光球层)，光子的波长已长到连尘埃都无法吸收，此后光子可以不受阻碍地、自由地飞到地球的红外线天文望远镜里。

即使用最先进的观测器，天文学家也不敢确定望远镜是否接收到来自原始星球的红外线信号。1983年，红外线天文卫星发射升空，得到数以千计的红外线辐射影像，有些影像毫无疑问就是原始星球。其他则无法分辨是来自年老的星球，还是隐藏在尘埃气体内的原始星球。若要进一步辨认，就得观测红外线源附近的多普勒位移。多普勒位移可以找到气体流动的速度，证明红外线源是否为原始星球。

氘聚变反应

当原始星球吸收到足够的气体，质量达到太阳质量1/10时，中心温度足以产生核聚变反应。不过原始星球内部的核聚变反应与主序星的核聚变反应不同，主序星是一种中年的星球，就像太阳一样，处在长时间平衡状态的星球，主要的核聚变是氢的核聚变。

氢原子是宇宙中最常见的成分。大爆炸产生的氢原子主要是由一个单一质子组成，但是在约10万个氢原子中会有2个氘。氘是由一个质子、一个中子组成，氘一直到今天都存在于星际气体之中。更重要的是：这一点点不纯的成分在原始星球的生命发展中扮演了重要的角色。

原始星球内部温度尚不足热到使氢原子产生核聚变反应，氢原子的核聚变反应需要几千万摄氏度，但通过重力收缩，原始星球很容易就达到氘聚变的温度。氘聚变反应也会产生大量的能量，这些能量以辐射的方式向外传播，但是原始星球附近的物质太过稠密，辐射线无法直接穿透出去，造成星球对流不稳定的现象，就像滚烫的开水一样，气泡不断受到核聚变反应加热而升到表面。在原始星球中，这种循环的对流旋涡，会将掉落在表面的氘带到中心，然后产生聚变反应，产生了大量的热能。这种对流循环的现象，可以不断提供能量来源，以保持中心继续反应。

当原始星球得到足够的质量，达到两倍的太阳质量，这种对流循环便有不同的运作方式。帕拉与斯塔勒最近发现，在它内部区域有一层薄球壳会变成透明，热不经过对流就可直接以辐射方式传出，但是上升及下降的气体无法穿透这一辐射障碍。紧接着，聚变反应很快将辐射障碍内的氘用完，新鲜的氘却又只堆积在辐射障碍的表面，渐渐地，表面愈来愈热，最后也可以进行氘聚变反应。热气泡从燃烧壳开始上升，顺着它们的路线升到云气表面，然后下沉到燃烧壳，完成补充原料的一个循环。

虽然只有少量氘进行聚变反应，它所产生的热对原始星球有巨大的影响。氘反应主要的效应是会造成原始星球膨胀，因为对流能够有效地传递能量，氘的燃烧可使每个原始星球胀到某一特定大小，此特定大小取决于每个原始星球的质量。根据计算一个太阳质量的原始星球可胀到太阳的5倍，三个太阳质量的原始星球则胀到10倍。

前主序星

典型稠密核的质量一般都大于恒星的质量。因此，一定有某种机制可将多余质量扫走，并阻止质量不断由外面流入。大部分天文学家现在相信，在原始星球表面会喷出强烈的星际风，可以将流人的质量吹走，慢慢地驱散整个稠密核。星际风的想法并不是来自于理论的计算，由于广泛地观测到分子云从红外线源流入的现象，因此构想原始星球上也会有类似太阳风的现象。这种星际风尚未直接观测到，但它一定比主序星所喷出的星际风强。

当稠密核被吹散后，暴露出来的物体能用可见光观测，称为前主序星。像原始星球一样，前主序星也非常亮，同样地，重力是造成强亮度的主因：星球内部的压力，使得星球不会有自由落体般的收缩，而维持此压力的热量从表面辐射出去，就造成了星球非常亮，而收缩却很缓慢。

前主序星也像原始星球一样处于对流不稳定，但是它的物理机制却不相同。一般而言，当星球温度由中心到表面降低得很快时，就会产生对流不稳定。在原始星球中，氘在中心聚变，产生大量的热，造成对流。但当原始星球演化到前主序星，氘已经燃烧殆尽。在前主序星内变化大的温度梯度，主要来自于强烈的亮度。表面大量的辐射散出，造成星球表面冷却，而内部受到物质的隔绝，使得温度维持不变，这种内外温度剧烈的变化，造成对流不稳定。

当星球继续演化，亮度逐渐变暗，对流不稳定的区域也逐渐变小，现今太阳对流区域只剩半径的30％，旋涡上上下下地运动，形成太阳表面米粒状的结构。当星球变得更加稠密，它的内部温度逐渐稳定地上升到千万摄氏度。这时氢原子开始聚变成氦，所放出的热量提供足够的压力，使收缩停止，星球便进入主序星的阶段，就如我们的太阳。

典型氢聚变反应的星球，大约花3000万年的时间，由原始星球收缩到现在的大小，氢聚变所放出的热量，可使体积维持50亿年不变。

吸积盘

描述星球诞生的模型中，有一个重要的副产品，也就是环绕四周的吸积盘。专家相信，这些盘状结构提供行星系统形成的原料。不论是何种过程，当收缩开始进行，稠密核多多少少都会有些旋转，在旋转的核心中，角动量较大的气体位在离旋转轴较远的位置，当收缩的区域向外传播，它会吃掉较远的气体，这些气体便开始向中心掉落，但它并不会撞上原始星球，而是在原始星球四周做轨道运动，形成盘状结构。

1976年加州大学洛杉矶分校的伍尔瑞克与1981年美国航空航天局艾美研究中心的凯森和穆斯曼，对向中心掉落的气体会从原始星球移到盘状结构的现象，分别提出数学理论。凯森和穆斯曼首次研究了吸积盘的物理特性，比如说，吸积盘大小及表面温度。不仅这些研究可以解释行星如何形成，而且最近观测证实盘状结构确实存在。

1987年，贝克威斯和沙金特观测T Tauri星HLTau附近的一氧化碳谱线，他们认为这谱线来自直径好几个光周的低质量的盘状结构。另一项吸积盘存在的证据比较间接、且具争议性。理论学者认为某些T Tauri星被观测的特性是可以用盘状结构来解释，根据1974年贝尔和普林格尔的原始构想，研究人员大多认为之所以星球有过多的红外线、紫外线，其原因是盘状结构不断将质量传到了星球中心。

假如物质想要以螺旋状轨迹掉到星球表面，它一定利用某种方式释放角动量。贝尔和普林格尔假设盘状结构内有某种不确定的摩擦力，当相邻气体相互摩擦，摩擦力会使转速较慢的气体减慢，而逐渐向中心收缩，就像人造卫星的轨道，因为大气阻力而逐渐变小。摩擦造成的热能，形成红外线；紫外线则来自盘状结构与星球之间狭窄、高热的区域，这区域有较强的摩擦力阻止气体的运动。利用这种模型的描述，科学家可以得到许多与T Tauri星符合的现象。即使理论学家多年的努力，但这些模型所需要的内在摩擦力仍然没有令人可信的解释。比如说，计算显示一般分子气体的摩擦力太小，无法有效地使气体掉入星球中心。

大自然的蛛丝马迹

最近，所有直接或间接的观测都显示：盘状结构的质量只是中心质量的一小部分，也许只有百分之几，或更少。理论学家发现的事实正受到挑战，假如盘状结构是旋转物质收缩而形成，为什么当星球形成后，这过程马上停止?假如的确有星际风将这个收缩阶段停住，这是否表示盘状结构的形成与造成星际风的原因有重要的关连?

这些问题仍然没有答案，但是这些未解决的问题通过理论和观测的双重努力，应该是了解整个现象的关键。假如我们能把握住大自然留给我们的线索，便可以连接这些线索，完成关于年轻星球的故事，而大自然所遗留的线索就在我们的头顶上，在清晰的夜空中闪烁着。