太陽系外的“月亮”或誕生在這個“盤”里

　　生活在這個時代，我們很幸運。因為經(jīng)?？梢院腿澜绲奶煳膶W(xué)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(jù)國外媒體報道，天文學(xué)家在一顆名為PDS 70c的遙遠(yuǎn)行星周圍發(fā)現(xiàn)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(guān)結(jié)果發(fā)表于《天體物理學(xué)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(xué)理論家布魯諾提出：恒星是距離更遠(yuǎn)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(xué)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(xiàn)，布魯諾關(guān)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(xiàn)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(nèi)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(shù)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(yīng)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(xué)上證明這個猜想?yún)s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(xiàn)了其中的億分之一?？梢娨l(fā)現(xiàn)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(xué)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(xiàn)的系外衛(wèi)星候選體總數(shù)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(rèn)。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(xiàn)。以后使用今年即將發(fā)射的韋伯太空望遠(yuǎn)鏡或許可以實現(xiàn)。

　　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(yuǎn)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(xué)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(yuǎn)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(xué)家團隊也利用ALMA發(fā)現(xiàn)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(rèn)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?。哼@個行星周盤半徑約為1au(日地平均距離)，其質(zhì)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PDS 70c的周圍。PDS 70c的寄主恒星PDS 70位于人馬座，距離太陽約367光年。PDS 70的質(zhì)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。PDS 70的周圍有一個半徑達(dá)100au的氣體塵埃盤(星周盤)。天文學(xué)家分別于2018年和2019年發(fā)現(xiàn)PDS 70周圍有兩顆形成中的行星(原行星)：PDS 70b和PDS 70c。PDS 70b距離PDS 70大約22au，這與天王星到太陽的距離相仿。PDS 70c距離PDS 70大約34au，與海王星到太陽的距離相仿。這兩顆原行星的質(zhì)量大約在木星質(zhì)量的1—10倍之間。目前還在非常緩慢地吸積周圍物質(zhì)。

　　目前已知的形成中的系外行星只有PDS 70b和PDS 70c(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(jié)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(zhuǎn)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(zhì)會再形成一個圍繞恒星轉(zhuǎn)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(nèi)的物質(zhì)來成長，并通過引力逐漸清理其所在軌道內(nèi)的氣體塵埃。在這個過程中，如果一顆行星離其主星足夠遠(yuǎn)，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(zhì)形成一個行星周盤。同時這個行星周盤內(nèi)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(xué)家還沒有完全弄清楚行星和衛(wèi)星形成過程中的具體細(xì)節(jié)。要進一步研究這些細(xì)節(jié)，就是天文學(xué)進步的動力。

　　將來隨著6.5米韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)以及歐洲39米極大望遠(yuǎn)鏡(ELT)等新一代地面巨型望遠(yuǎn)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(jù)，從而驗證布魯諾400多年前關(guān)于系外生命的猜想。

　　張曾華(作者系南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院副教授)

來源：科技日報