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表明，在距離地球約370光年之外的PDS 70系統中，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？》）
現在，在一項新發表於《自然》雜誌的研究中，PDS 70系統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的周圍發現了水。
恆星PDS 70及其內原行星盤的藝術構想圖。由JWST探測到的最新結果顯示，在距離PDS 70不到1.6億千米的地方發現了水蒸氣，而這一區域可能是巖質類地行星形成的區域。（圖/ NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)）
PDS 70內盤的水
PDS 70是一顆K型星，大約有540萬年曆史。這顆恆星擁有一個由氣體和塵埃構成的內盤和外盤，它們之間有一個寬約80億千米的環狀隙。PDS 70b和PDS 70c這兩顆已知的氣態巨行星，就存在於這個環狀隙中。
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，要麼是因為恆星的輻射或恆星風會帶走一些塵埃和氣體等物質，要麼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，由於從未在類似的盤中心區域探測到水，因此天文學家懷疑，水可能無法存在於嚴酷的恆星輻射下，從而導致了乾燥的巖質行星形成環境。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在距離恆星PDS 70不到1.6億千米的內盤，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，可能是巖質類地行星形成的區域。
恆星PDS 70的圓盤的藝術構想圖，JWST的觀測結果表明，在通常形成巖質類地行星的內盤，有水存在。兩顆氣態巨行星在成長過程中，形成了一個寬闊的環狀隙。（圖/MPIA）
然而，到目前為止，天文學家還沒有發現任何行星在PDS 70的內盤內形成。不過他們的確發現了以矽酸鹽形式存在的能夠構建巖質星球的原材料。探測到水蒸氣意味著，如果巖質行星是在那些區域形成的，那麼它們誕生之初就有水可用。換句話說，巖質行星的形成環境可能根本沒有那麼幹燥。
水的起源？
水蒸汽的出現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，水就已經存在於含水星雲中。在宇宙中，水其實非常普遍，尤其是凍結狀態的水。當這些水被附近正在形成的恆星加熱時，就會蒸發並與其他氣體混合。與此同時，水分子也非常脆弱，當受到來自附近恆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，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倖存。
另一種可能性則源自於從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。由於中心的恆星非常暗淡，因此它無法讓處於外盤的水冰蒸發。只有當這些塵埃顆粒進入到非常接近恆星的內盤時，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。
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資訊。就像一幅巨幅畫作需要許多不同的顏色來傳達它的資訊一樣，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範圍，進而獲取更加完整的資訊。
現在，天文學家已經開始使用地基望遠鏡來獲得額外的觀測資料。與此同時，他們也在期待JWST的另一組將為PDS 70的內盤提供詳細圖像的觀測結果，從而能進一步理解PDS 70系統。
#創作團隊：
編譯：不二北斗
排版：雯雯
#參考來源：
https://www.mpg.de/20541783/water-rocky-planets?c=2249
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2023/webb-detects-water-vapor-in-rocky-planet-forming-zone
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06317-9
#圖片來源：
封面圖&首圖：NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)
