明明是近邻 火星为什么比地球小那么多？

火星的质量仅约地球的十分之一而已，为何相邻的两颗行星差异却这么大这件事，困惑了太阳系理论学家们很久了。

在行星形成标准模型中，类似大小的天体是透过所谓的“吸积(accretion)”过程累积成长，岩石和其他岩石堆积成了山岳级天体，山与山合并成了城邦级天体，之后以此类推。然而，典型的吸积模型既然能产出大小很接近的地球和金星，想当然尔，火星应该也与地球相差无几，甚至应比地球还要大。此外，这些模型也高估了小行星带的总质量，所以显然标准模型必定有某些需要改进之处。

美国西南研究所(Southwest Research Institute，SwRI)天文学家Hal Levison等人，通过建立一种新的行星形成过程的计算机数值仿真程序，认为行星是经由砾石(pebble)这样小的天体逐渐成长起来的。

由这样的成长模式，这些天文学家重建了含地球、金星与火星等天体在内的太阳内侧结构，可以解释为什么火星会比地球小这么多;相同的成长模式，也可用来解释在木星和土星这样的气体巨行星为何形成速度如此快速的问题。

Levison等人直接从行星形成过程下手改善。他们的数值模拟结果证明：透过所谓的“黏滞性搅动砾石吸积(Viscously Stirred Pebble Accretion，VSPA)”的行星成长模式，内太阳系的结构真的就自然地成为现今所见的模样。

在VSPA模式下，尘埃直接成长成砾石这种直径只有几公分到10几公分的小天体，而后一部份砾石因重力塌缩(gravitationally collapse)而逐渐形成小行星等级的天体。

在适当条件下，这些原初小行星能高效率的吞并残余的砾石，借由气动阻力(aerodynamic drag)将这些砾石拽着绕原初小行星而转，且愈绕愈近，最终落在小行星上，原初小行星因此得以藉由这样的过程长大至行星级天体。这样的过程可以让某几个小行星在很短的时间内就变成行星。

然而，这个新模拟结果也发现原初小行星聚集砾石而长大的机会并非都相同。例如：谷神星直径 1000公里左右，是火星与木星之间的小行星带内最大的天体;一颗谷神星级的天体，在目前地球轨道所在位置时的成长速率极快，但若处在目前火星轨道以外的位置，会因气动阻力太微弱，无法捕捉并碰撞残余砾石而使成长效率偏低，这就是火星为何比地球小这么多的原因。

同理，小行星带比火星更远，捕捉碰撞残余砾石的机会更低，所以小行星带的总质量才会不如标准模型预测的那么多。

因此，这个数值模拟对小行星带的历史涉入颇深，以前的模拟都预测小行星带最初含有数倍地球质量的物质，显示有行星开始在此成长，而新模拟却认为小行星带从始至今的质量就不多。新旧数值模拟之间，利用流星、遥测和太空任务等各种观测方式，就可验证其预测的正确性与科学关连，这让Levison等人颇感兴奋与骄傲。

明明是近邻 火星为什么比地球小那么多？