美国宇航局韦伯太空望远镜探测到岩石行星形成区域的水蒸气

这一发现表明，存在一个可供类地行星聚集的水库。

水，水，无处不在——不是水滴，而是蒸汽。 科学家使用 美国宇航局的 詹姆斯·韦伯太空望远镜 他们发现 PDS 70 系统中的干渴行星可以获取水库。 最重要的是，水蒸气是在距恒星一亿英里的范围内发现的——这个区域是像地球这样的类地行星可能形成的区域。 （地球轨道距太阳约 9300 万英里。）

PDS 70 比我们的太阳冷得多，估计年龄为 540 万年。 它是两颗已知的气态巨行星的所在地，其中至少一颗仍在积累物质并生长。 这是首次在已知拥有两个或更多原行星的盘的陆地区域中检测到水。

PDS 70 的原行星盘光谱是用韦伯的 MIRI（中红外仪器）获得的，显示了许多水蒸气的发射线。 科学家们已经确定，该系统的内盘中存在水，距离恒星不到一亿英里，而该区域可能是岩石行星和类地行星形成的地方。 图片来源：NASA、ESA、CSA、约瑟夫·奥尔姆斯特德 (STScI)

韦伯太空望远镜探测到岩石行星形成区域的水蒸气

正如我们所知，水对于生命至关重要。 然而，水是如何到达地球的，以及同样的过程是否可以为绕遥远恒星运行的岩石系外行星播下种子，仍然是科学争论的话题。 这些讨论可能会受益于来自 370 光年之外的 PDS 70 行星系统的新见解。 这个恒星系统包括由气体和尘埃组成的内盘和外盘，其间隔为 50 亿英里（或 80 亿公里）。 两颗已知的气态巨行星就位于这个间隙内。

美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜的 MIRI（中红外仪器）收集的新数据显示，该系统的内盘中存在水蒸气，距离恒星不到 1 亿英里（1.6 亿公里），该区域可能形成岩石行星和类地行星。 （地球轨道距太阳约 9300 万英里。） 值得注意的是，这是首次在已被确认拥有两颗或更多原行星的盘的陆地区域检测到水。

德国海德堡马克斯·普朗克天文学研究所（MPIA）的主要作者朱利亚·佩罗蒂（Giulia Perotti）说：“我们在其他圆盘中看到过水，但距离目前行星聚集的系统没有那么近。在韦伯之前，我们还无法进行这种测量。”

“这一发现非常令人兴奋，因为它探索了岩石类地行星通常形成的区域，”该论文的合著者、MPIA 主任托马斯·亨宁 (Thomas Henning) 补充道。 亨宁是韦伯 MIRI（中红外磁盘巡天）计划的联合首席研究员，该计划进行了探测，也是 MINDS（MIRI 中红外磁盘巡天）计划的首席研究员，该计划获取了数据。

行星形成的蒸汽环境

PDS 70 是一颗 K 型恒星，比太阳温度低得多，估计年龄为 540 万年。 对于具有行星形成盘的恒星来说，这是相对古老的，这使得水蒸气的发现令人惊讶。

随着时间的推移，行星形成盘中的气体和灰尘含量会减少。 要么是中心恒星的辐射和风吹走了这些物质，要么是尘埃成长为更大的物体，最终形成行星。 由于之前的研究未能在年龄相似的圆盘中心区域检测到水，天文学家怀疑它可能无法在严酷的恒星辐射中幸存下来，从而导致形成任何岩石行星的干燥环境。

天文学家尚未发现 PDS 70 内盘内形成任何行星。不过，他们确实发现了以硅酸盐形式构建岩石世界的原材料。 水蒸气的发现表明，如果岩石行星在那里形成，它们从一开始就会有水可供使用。

我们发现了相当多的小尘埃颗粒。 荷兰拉德堡德大学的合著者伦茨·沃特斯说，除了我们发现了水蒸气之外，内盘也是一个非常令人兴奋的地方。

水的起源是什么？

这一发现提出了水源的问题。 MINDS 团队研究了两种不同的场景来解释他们的发现。

一种可能性是，当氢和氧原子重新结合时，水分子就地形成，正如我们所检测到的那样。 第二种可能性是冰覆盖的尘埃颗粒从冷的外盘移动到热的内盘，在那里水冰升华并变成蒸汽。 这个运输系统将是令人惊讶的，因为尘埃必须穿过两颗巨大行星形成的巨大鸿沟。

这一发现提出的另一个问题是，当恒星的紫外线必须破坏任何水分子时，水如何能够在如此靠近恒星的地方生存。 最有可能的是，周围的材料（例如灰尘和其他水颗粒）充当了保护罩。 因此，在 PDS 70 内盘中检测到的水可以逃脱破坏。

最终，该团队将使用另外两种韦伯仪器 NIRCam（近红外相机）和 NIRSpec（近红外光谱仪）来研究 PDS 70，以加深了解。

这些观察结果是保证时间观察 1282 的一部分。这一发现已发表在期刊上 自然。

参考文献：G. Perotti、V. Christiaens、Th 的“PDS 70 行星形成区域中的水”。 Henning, B. Tabone, LBFM, Waters, I. Camp, G. Lagage、T. P. Ray、B. Vandenbussche、A. Abergel、O. Absil、A. M.arabhavi、I. Argyriou、D. Barrado、A. Boccaletti、A. Caratti o Garatti、V. Geers、A. M. Glauser、K. Justannont、F. Lahuis、M. Onn、N. 自然。
DOI：10.1038/s41586-023-06317-9

詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学天文台。 韦伯解开了太阳系中的谜团，展望了其他恒星周围的遥远世界，并研究了神秘的结构、宇宙的起源以及我们在宇宙中的位置。 韦伯是一个由 NASA 及其合作伙伴 ESA 领导的国际计划（欧洲航天局）和加拿大航天局。