生活在這個時代，我們很幸運。因為經常可以和全世界的天文學家一起見證宇宙深處各種前所未見的天文奇觀，比如首次清楚地看到可以孕育系外衛(wèi)星的行星周盤——7月22日，據國外媒體報道，天文學家在一顆名為PDS70c的遙遠行星周圍發(fā)現了一個行星周盤，這顆年輕的系外行星可能正在形成它的衛(wèi)星。相關結果發(fā)表于《天體物理學雜志通訊》。

系外衛(wèi)星或許很普遍

400多年前，意大利宇宙哲學理論家布魯諾提出：恒星是距離更遠的太陽;它們周圍也有自己的行星，這些行星還可能孕育著生命。100多年前，天文學家通過觀測太陽和恒星的距離與光譜證實了太陽就是一顆恒星。

1995年，伴隨著首顆類太陽恒星周圍行星飛馬座51b的發(fā)現，布魯諾關于系外行星的猜想也被證實。目前已知的系外行星有4000多顆。通過估算，銀河系中的系外行星可能和恒星一樣的普遍。

發(fā)現了首個系外行星后，大家自然有了一個新的疑問：系外衛(wèi)星是否存在?所謂系外衛(wèi)星，就是圍繞太陽系外行星運行的衛(wèi)星。其實衛(wèi)星在太陽系內很常見，太陽系的八大行星中，除了水星和金星，其他6顆都有衛(wèi)星，而且總數有200余顆。通過與太陽系的情況做類比，我們有理由推測：系外衛(wèi)星應該是存在的，而且可能和系外行星一樣普遍。然而想要從科學上證明這個猜想卻并不容易，主要原因在于天文觀測的限制。銀河系中至少有幾千億顆系外行星，但是我們目前只發(fā)現了其中的億分之一。可見要發(fā)現系外衛(wèi)星絕非易事。

探測系外衛(wèi)星的方法與探測系外行星的方法類似。目前科學家使用微引力透鏡、凌星計時、凌星法等間接探測方法發(fā)現的系外衛(wèi)星候選體總數不足20顆。這些都還只是疑似的系外衛(wèi)星，目前還沒有被確認。我們也可以使用直接成像的方法探測系外衛(wèi)星。但是因為系外衛(wèi)星太小又不發(fā)光，其寄主行星與寄主恒星的光度差別巨大。因此這種方法目前難以實現。以后使用今年即將發(fā)射的韋伯太空望遠鏡或許可以實現。

見證系外“月亮”的誕生

我們目前雖然難以觀測已形成的系外衛(wèi)星，但是可以通過最先進的毫米波望遠鏡觀測到系外衛(wèi)星的形成環(huán)境。近日，一個由國際天文學家組成的團隊使用位于智利的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列望遠鏡(ALMA)第一次清楚地觀測到了一個可以孕育系外衛(wèi)星的行星周盤(行星周圍由氣體和塵埃組成的盤)。事實上，兩年前就有另一個國際天文學家團隊也利用ALMA發(fā)現了這個“可疑”的行星周盤，不過那時的觀測精度較低，不能把這個行星周盤與周圍的環(huán)境清晰地區(qū)分開，也就不能確認它的存在;這次的觀測精度可以清楚地將這個行星周盤與周圍的環(huán)境分開，并且可以限定其大小：這個行星周盤半徑約為1au(日地平均距離)，其質量足夠形成3顆月球大小的衛(wèi)星。

這個行星周盤位于一顆年輕的氣態(tài)巨行星PDS70c的周圍。PDS70c的寄主恒星PDS70位于人馬座，距離太陽約367光年。PDS70的質量約為太陽的80%，年齡只有大約540萬年，差不多是太陽年齡的千分之一。PDS70的周圍有一個半徑達100au的氣體塵埃盤(星周盤)。天文學家分別于2018年和2019年發(fā)現PDS70周圍有兩顆形成中的行星(原行星)：PDS70b和PDS70c。PDS70b距離PDS70大約22au，這與天王星到太陽的距離相仿。PDS70c距離PDS70大約34au，與海王星到太陽的距離相仿。這兩顆原行星的質量大約在木星質量的1—10倍之間。目前還在非常緩慢地吸積周圍物質。

目前已知的形成中的系外行星只有PDS70b和PDS70c(其他4000多顆已知的系外行星都是成年行星)。因此這些觀測結果不但可以讓我們研究衛(wèi)星的形成，還可以用來測試行星的形成理論。恒星形成于一個巨大的氣體塵埃團。塵埃團最初微小的轉動在收縮形成原恒星的過程中會被放大。形成恒星后多余的物質會再形成一個圍繞恒星轉動的星周盤。行星形成于恒星周盤。原行星通過吸積星周盤內的物質來成長，并通過引力逐漸清理其所在軌道內的氣體塵埃。在這個過程中，如果一顆行星離其主星足夠遠，它周圍的氣體塵埃受到恒星的影響較小，它的周圍就有可能聚集到足夠的物質形成一個行星周盤。同時這個行星周盤內的氣體和塵埃也可能通過頻繁的碰撞逐漸聚集形成衛(wèi)星。不過目前天文學家還沒有完全弄清楚行星和衛(wèi)星形成過程中的具體細節(jié)。要進一步研究這些細節(jié)，就是天文學進步的動力。

將來隨著6.5米韋伯太空望遠鏡(JWST)以及歐洲39米極大望遠鏡(ELT)等新一代地面巨型望遠鏡的陸續(xù)投入使用，我們也許有機會探測到系外生命存在的生物證據，從而驗證布魯諾400多年前關于系外生命的猜想。

(作者系南京大學天文與空間科學學院副教授)(張曾華 )

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