天文学
在 X 上关注我 在 Bluesky 上关注我 在 Pinterest 上关注我
中文 English Français Español Português 日本語 Deutsch
 
最后更新:2025年8月29日

霜线:塑造行星的边界

太阳系霜线示意图
太阳系中霜线(2.7天文单位)及冰凝结带的位置。 图片来源:astronoo.com

霜线:塑造太阳系的隐形边界

霜线,或称雪线,是指距离太阳的临界距离,在此距离上水、氨、二氧化碳和甲烷等挥发性化合物能够凝结成冰。 这一热力学边界在行星的形成及其差异化组成中起到了决定性作用。

太阳系中水的霜线大约位于2.7天文单位处,但该值会随太阳光度变化而改变。 它划分了固体物质以岩石为主的区域与冰物质丰富的区域,从而影响行星的大小和组成。 霜线的位置由年轻太阳的辐射通量与分子凝结能力之间的平衡决定。

对于水而言,霜线约为170开尔文(-103摄氏度),这是水蒸气在太空真空中直接凝结成冰的温度。 这一临界温度对应原始太阳系中约3天文单位的日心距离。

在行星形成中的作用

霜线从根本上影响了我们太阳系的构造:

霜线的时空演变

霜线并非固定不变。在太阳系历史中,其位置随太阳光度、原行星盘温度及内部动态过程而演变。在形成初期,太阳光度较低时,霜线更靠近太阳。

随着时间的推移,随着太阳光度增加和盘面气体消散,雪线向外移动,改变了水及其他挥发性化合物的凝结区域。这种迁移直接影响行星可积聚的质量以及冰体物质的分布。

这种时间演化解释了为什么一些行星和卫星尽管目前距离太阳相对较近,却含有大量冰,以及为什么冰体的分布并不均匀。

表:可冷凝化合物比较

主要挥发性化合物的冷凝温度
化合物名称化合物冷凝温度(K)与太阳的近似距离(天文单位)角色
H2O~170约2.7气态巨行星和彗星的形成
NH3~80~5外体冰层成分
甲烷CH4~30~10存在于气态巨行星和冰卫星中
二氧化碳CO2~70~4–5彗星和冰冷卫星冰层的组成成分
一氧化碳CO~20~15存在于彗星和外部原行星盘中
N2~25~15–20海卫一大气层及部分彗星的主要成分
Ar~30~20外太阳系中稀有冰的痕迹

来源:NASA太阳系形成

本类别探索内容

太空之声:当数据歌唱 太空之声:当数据歌唱
三体问题:三个天体,一条定律,无限命运 三体问题:三个天体,一条定律,无限命运
托勒密的《天文学大成》:1900年后还剩下什么? 托勒密的《天文学大成》:1900年后还剩下什么?
拉格朗日点:稳定引力绿洲的幻象 拉格朗日点:稳定引力绿洲的幻象
涅墨西斯:太阳伴星理论 涅墨西斯:太阳伴星理论
太阳系 vs 恒星系统:行星系统的比较 太阳系 vs 恒星系统:行星系统的比较
暗淡太阳悖论:早期地球为何没有冻结? 暗淡太阳悖论:早期地球为何没有冻结?
3800亿亿兆瓦:太阳的能量过剩 3800亿亿兆瓦:太阳的能量过剩
黄道或太阳视轨道 黄道或太阳视轨道
太阳活动极大期与极小期 太阳活动极大期与极小期
如何给太阳称重? 如何给太阳称重?
太阳:当黄色恒星变蓝 太阳:当黄色恒星变蓝
日行迹8字形的解释 日行迹8字形的解释
雪线:塑造行星的边界 雪线:塑造行星的边界
太阳系旅游行程 太阳系旅游行程
太阳黑子与太阳周期:从极小期到极大期 太阳黑子与太阳周期:从极小期到极大期
光子的地狱之旅或随机行走 光子的地狱之旅或随机行走
太阳周期动力学与太阳耀斑的物理机制 太阳周期动力学与太阳耀斑的物理机制
日食中的贝利珠 日食中的贝利珠
太阳的诞生、生命与死亡:一颗普通恒星的编年史 太阳的诞生、生命与死亡:一颗普通恒星的编年史
贝利珠或光之珠 贝利珠或光之珠
太阳光与波长 太阳光与波长
太阳系的混沌形成 太阳系的混沌形成
太阳风暴与灾难场景 太阳风暴与灾难场景
日珥:太阳大气中的物质丝状体 日珥:太阳大气中的物质丝状体
太阳为何自转如此缓慢?缺失角动量之谜 太阳为何自转如此缓慢?缺失角动量之谜
太阳风:行星际空间的关键现象 太阳风:行星际空间的关键现象
日球层:太阳系的边界 日球层:太阳系的边界
混沌与对初始条件的敏感性 混沌与对初始条件的敏感性
稳定与混沌:太阳系轨道和谐的极限 稳定与混沌:太阳系轨道和谐的极限