不久前，通過阿塔卡馬大型毫米 / 亞毫米波陣（ALMA）的觀測(cè)，天文學(xué)家找到了強(qiáng)有力地觀測(cè)證據(jù)表明，在距離地球約 370 光年之外的 PDS 70 系統(tǒng)中，存在著兩個(gè)共享同一軌道的行星。（詳見《在同一個(gè)軌道，竟有兩顆行星？》）

現(xiàn)在，在一項(xiàng)新發(fā)表于《自然》雜志的研究中，PDS 70 系統(tǒng)再次給我們帶來了驚喜：利用韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST），研究人員在 PDS 70 的周圍發(fā)現(xiàn)了水。

一、PDS 70 內(nèi)盤的水

(資料圖)

PDS 70 是一顆 K 型星，大約有 540 萬年歷史。這顆恒星擁有一個(gè)由氣體和塵埃構(gòu)成的內(nèi)盤和外盤，它們之間有一個(gè)寬約 80 億千米的環(huán)狀隙。PDS 70b 和 PDS 70c 這兩顆已知的氣態(tài)巨行星，就存在于這個(gè)環(huán)狀隙中。

隨著時(shí)間的推移，行星形成盤中的氣體和塵埃含量會(huì)有所下降。之所以會(huì)下降，要么是因?yàn)楹阈堑妮椛浠蚝阈秋L(fēng)會(huì)帶走一些塵埃和氣體等物質(zhì)，要么是因?yàn)閴m埃可以逐漸聚集為更大的、最終形成行星的天體。

在過去的研究中，由于從未在類似的盤中心區(qū)域探測(cè)到水，因此天文學(xué)家懷疑，水可能無法存在于嚴(yán)酷的恒星輻射下，從而導(dǎo)致了干燥的巖質(zhì)行星形成環(huán)境。為了檢驗(yàn)這一猜測(cè)，天文學(xué)家使用 JWST 上的中紅外儀器（MIRI）對(duì) PDS 70 進(jìn)行了觀測(cè)。

MIRI 是一個(gè)多用途的科學(xué)儀器，它研究波長(zhǎng)在 5 到 28 微米之間的紅外波。這次，MIRI 在距離恒星 PDS 70 不到 1.6 億千米的內(nèi)盤，探測(cè)到了水蒸氣，溫度大約為 330 ℃（600K）。這是距宿主星 PDS 70 非常近的距離，可能是巖質(zhì)類行星形成的區(qū)域。

然而，到目前為止，天文學(xué)家還沒有發(fā)現(xiàn)任何行星在 PDS 70 的內(nèi)盤內(nèi)形成。不過他們的確發(fā)現(xiàn)了以硅酸鹽形式存在的能夠構(gòu)建巖質(zhì)星球的原材料。探測(cè)到水蒸氣意味著，如果巖質(zhì)行星是在那些區(qū)域形成的，那么它們誕生之初就有水可用。換句話說，巖質(zhì)行星的形成環(huán)境可能根本沒有那么干燥。

二、水的起源？

水蒸汽的出現(xiàn)讓研究人員感到意外，他們分析了幾種可能性。

一種可能性是，在盤階段之前，水就已經(jīng)存在于含水星云中。在宇宙中，水其實(shí)非常普遍，尤其是凍結(jié)狀態(tài)的水。當(dāng)這些水被附近正在形成的恒星加熱時(shí)，就會(huì)蒸發(fā)并與其他氣體混合。與此同時(shí)，水分子也非常脆弱，當(dāng)受到來自附近恒星的破壞性紫外線輻射時(shí)，就會(huì)分解成其他成分，比如氫和氧。然而，周圍的物質(zhì)，比如塵埃和水分子本身可以起到保護(hù)作用。因此，在 PDS 70 附近檢測(cè)到的水，至少有一部分可以在這些破壞中幸存。

另一種可能性則源自于從 PDS 70 的外盤進(jìn)入的氣體。在有些情況下，氧氣和氫氣可以結(jié)合形成水蒸氣。另外，這些移動(dòng)的氣體可能會(huì)從外盤將富含水的塵埃顆粒帶進(jìn)來。由于中心的恒星非常暗淡，因此它無法讓處于外盤的水冰蒸發(fā)。只有當(dāng)這些塵埃顆粒進(jìn)入到非常接近恒星的內(nèi)盤時(shí)，水冰才會(huì)變成水蒸氣。

研究人員表示，真相或許是所有這些可能性的結(jié)合，不過某一種機(jī)制很可能在維持 PDS 70 盤的儲(chǔ)水方面起到了決定性的作用。他們希望未來將能找出究竟是哪一個(gè)因素起到了決定性作用。

三、描繪巨幅畫作

JWST 上的 MIRI 是非常功能強(qiáng)大的觀測(cè)工具。即便如此，它也只能為整個(gè)故事提供一部分信息。就像一幅巨幅畫作需要許多不同的顏色來傳達(dá)它的信息一樣，天文學(xué)家也需要運(yùn)用不同的觀測(cè)方法，才能覆蓋廣泛的波長(zhǎng)范圍，進(jìn)而獲取更加完整的信息。

現(xiàn)在，天文學(xué)家已經(jīng)開始使用地基望遠(yuǎn)鏡來獲得額外的觀測(cè)數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，他們也在期待 JWST 的另一組將為 PDS 70 的內(nèi)盤提供詳細(xì)圖像的觀測(cè)結(jié)果，從而能進(jìn)一步理解 PDS 70 系統(tǒng)。

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