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

(相關(guān)資料圖)

現(xiàn)在，在一項新發(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：利用韋布空間望遠鏡（JWST），研究人員在 PDS 70 的周圍發(fā)現(xiàn)了水。

恒星 PDS 70 及其內(nèi)原行星盤的藝術(shù)構(gòu)想圖。由 JWST 探測到的最新結(jié)果顯示，在距離 PDS 70 不到 1.6 億千米的地方發(fā)現(xiàn)了水蒸氣，而這一區(qū)域可能是巖質(zhì)類行星形成的區(qū)域。（圖 / NASA， ESA， CSA， J. Olmsted ( STScI ) ）

一、PDS 70 內(nèi)盤的水

PDS 70 是一顆 K 型星，大約有 540 萬年歷史。這顆恒星擁有一個由氣體和塵埃構(gòu)成的內(nèi)盤和外盤，它們之間有一個寬約 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，就存在于這個環(huán)狀隙中。

隨著時間的推移，行星形成盤中的氣體和塵埃含量會有所下降。之所以會下降，要么是因為恒星的輻射或恒星風會帶走一些塵埃和氣體等物質(zhì)，要么是因為塵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)域探測到水，因此天文學家懷疑，水可能無法存在于嚴酷的恒星輻射下，從而導致了干燥的巖質(zhì)行星形成環(huán)境。為了檢驗這一猜測，天文學家使用 JWST 上的中紅外儀器（MIRI）對 PDS 70 進行了觀測。

MIRI 是一個多用途的科學儀器，它研究波長在 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。

恒星 PDS 70 的圓盤的藝術(shù)構(gòu)想圖，JWST 的觀測結(jié)果表明，在通常形成巖質(zhì)類行星的內(nèi)盤，有水存在。兩顆氣態(tài)巨行星在成長過程中，形成了一個寬闊的環(huán)狀隙。（圖 /MPIA）

然而，到目前為止，天文學家還沒有發(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，水其實非常普遍，尤其是凍結(jié)狀態(tài)的水。當這些水被附近正在形成的恒星加熱時，就會蒸發(fā)并與其他氣體混合。與此同時，水分子也非常脆弱，當受到來自附近恒星的破壞性紫外線輻射時，就會分解成其他成分，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作用。因此，在 PDS 70 附近檢測到的水，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，這些移動的氣體可能會從外盤將富含水的塵埃顆粒帶進來。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)。只有當這些塵埃顆粒進入到非常接近恒星的內(nèi)盤時，水冰才會變成水蒸氣。

研究人員表示，真相或許是所有這些可能性的結(jié)合，不過某一種機制很可能在維持 PDS 70 盤的儲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 是非常功能強大的觀測工具。即便如此，它也只能為整個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它的信息一樣，天文學家也需要運用不同的觀測方法，才能覆蓋廣泛的波長范圍，進而獲取更加完整的信息。

現(xiàn)在，天文學家已經(jīng)開始使用地基望遠鏡來獲得額外的觀測數(shù)據(jù)。與此同時，他們也在期待 JWST 的另一組將為 PDS 70 的內(nèi)盤提供詳細圖像的觀測結(jié)果，從而能進一步理解 PDS 70 系統(tǒng)。

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