This series of papers investigates the early stages of planet formation by modeling the evolution of the gas and solid content of protostellar disks from the early T Tauri phase until complete dispersal of the gas. In this first paper, I present a new set of simplified equations modeling the growth and migration of various species of grains in a gaseous protostellar disk evolving as a result of the combined effects of viscous accretion and photo-evaporation from the central star. Using the assumption that the grain size distribution function always maintains a power-law structure approximating the average outcome of the exact coagulation/shattering equation, the model focuses on the calculation of the growth rate of the largest grains only. The coupled evolution equations for the maximum grain size, the surface density of the gas and the surface density of solids are then presented and solved self-consistently using a standard 1+1 dimensional formalism. I show that the global evolution of solids is controlled by a leaky reservoir of small grains at large radii, and propose an empirically derived evolution equation for the total mass of solids, which can be used to estimate the total heavy element retention efficiency in the planet formation paradigm. Consistency with observation of the total mass of solids in the Minimum Solar Nebula augmented with the mass of the Oort cloud sets strong upper limit on the initial grain size distribution, as well as on the turbulent parameter $\alphat$. Detailed comparisons with SED observations are presented in a following paper.
Three-dimensional simulations of multiple protoplanets embedded in a protostellar disc
e >~ H/r的原行星偏心率可以减缓或逆转迁移，但以前的二维研究表明，引力散射不能保持显着的行星偏心率，以对抗盘诱导的阻尼。我们在三维空间模拟了低质量原行星群的演化。其目的是研究原行星的存活率和由此产生的行星系统的动力学结构，并将其与2D模拟进行比较。我们目前的结果从一个三维流体动力学模拟的八个原行星嵌入在一个原行星盘。我们还提出了一套使用N体代码进行的模拟，修改，包括处方行星迁移和偏心率和倾斜阻尼。这些处方是通过拟合分析公式，以流体动力学模拟嵌入盘与初始偏心和/或倾斜轨道的行星。正如在二维空间中发现的那样，差异迁移产生了稳定的原行星群，多重平均运动共振，它们步调一致地迁移，防止了长时间的引力散射。在几乎所有的模拟中，这导致了原行星群在缺乏可行的停止机制的情况下大规模迁移到中央恒星。这种演化包括相互碰撞，偶尔的大规模散射，以及在所有运行中出现超过30%的长寿共轨行星系统的频繁形成。盘诱导阻尼抑制了行星间相互作用引起的偏心和倾角增长。共轨行星是在强耗散环境中动力学松弛的自然结果，如果在自然界中观察到，将意味着这样一个演化时期通常出现在行星形成期间。
Toward a Deterministic Model of Planetary Formation IV: Effects of Type-I Migration
在确定性行星形成模型的进一步发展中（Ida & Lin 2004），我们考虑了由于潮汐与新生盘的相互作用而引起的原行星胚胎I型迁移的影响。在原恒星盘的早期嵌入阶段，虽然胚胎迅速出现在冰线内部的区域，不受抑制的I型迁移导致其有效的自我清除。但是，胚胎继续从残留的星子形成，半径越来越大，反复向内迁移，并提供了一个主要的通道，重元素吸积到它们的宿主恒星。在盘演化的高级阶段（几百万年），气体表面密度下降到与最小质量星云模型相当或更小的值，I型迁移不再是火星质量胚胎的有效破坏机制。在广泛的初始磁盘表面密度和I型迁移效率的范围内，冰线内部的胚胎存活人口的总质量是地球的几倍。有了这个储存库，就有足够的残余胚胎库存，随后组装成类似于太阳周围的岩石行星。但是，有效的气体吸积的开始需要出现和保留的核心，更大的质量比几个M_地球，之前的磁盘气体的严重耗尽。气体巨行星的形成概率以及由此预测的太阳系外气体巨行星的质量和半长轴分布敏感地取决于I型迁移的强度。我们认为，只有当实际的I型迁移时间尺度比从线性理论推导出的时间尺度长一个数量级时，才能再现所观察到的太阳型恒星与气体巨行星的比例。
