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9月15日在預印本平台arXiv中發表的20篇係列論文表明，天文學家已經非常詳細地繪製了行星“托兒(er) 所”內(nei) 的化學物質。新公布的圖集揭示了五個(ge) 原行星盤（行星在年輕恒星周圍形成塵埃和氣體(ti) 的區域）內(nei) 數十種分子的位置。

在這張藝術構想圖中，行星是由圍繞一顆年輕恒星的原行星盤中的氣體(ti) 和塵埃形成的。這種氣體(ti) 由許多不同的分子組成，包括氰化氫和更複雜的腈——與(yu) 地球上生命的發展有關(guan) 。盤中特定位置的分子湯塑造了在那裏形成的行星的未來，並決(jue) 定了該行星是否可以支持我們(men) 所知道的生命。圖片來源：M.WEISS/哈佛和史密森尼天體(ti) 物理學中心

原行星盤中的大有機分子

領導圖集製作項目的哈佛—史密森尼天體(ti) 物理學中心天文學家凱琳·奧伯格表示，這些行星形成盤中充滿了有機分子，其中一些與(yu) 地球上生命的起源有關(guan) 。“這真的很令人興(xing) 奮。每個(ge) 盤中的化學物質將最終影響形成的行星類型，並決(jue) 定行星是否可以承載生命。”

研究結果表明，導致地球上生命存在的基本化學條件可能會(hui) 更廣泛地存在於(yu) 整個(ge) 銀河係中。在環繞新形成的恒星的原行星盤中發現了大的有機分子，而一個(ge) 類似的盤曾經圍繞著年輕的太陽，形成了現在構成我們(men) 太陽係的行星。

這些分子的存在意義(yi) 重大，因為(wei) 它們(men) 是更簡單的碳基分子（如太空中大量發現的一氧化碳）與(yu) 創造和維持生命所需的更複雜分子之間的“墊腳石”。

行星在不同的湯中形成

新的圓盤圖顯示，原行星盤中的化學物質在每個(ge) 盤中的分布並不均勻。相反，每個(ge) 盤都充滿不同的行星形成湯（分子混合物或行星成分）。結果表明，行星的形成發生在不同的化學環境中，並且在它們(men) 形成時，每個(ge) 行星可能會(hui) 根據其在盤中的位置而暴露於(yu) 截然不同的分子中。

係列論文之一的主要作者奧伯格說，“我們(men) 的圖集揭示了行星在盤中形成的位置非常重要。盤中的許多化學物質都是有機物，這些有機物在特定盤內(nei) 的分布變化很大。兩(liang) 顆行星可以圍繞同一顆恒星形成，它們(men) 的有機物含量非常不同，因此很有可能存在生命。”

另一篇論文展示的研究，則繪製了18種分子（包括氰化氫和其他與(yu) 生命起源有關(guan) 的腈）在五個(ge) 盤的每一個(ge) 中的具體(ti) 位置。這些圖像是研究人員在2018年和2019年使用智利阿塔卡馬大型毫米/亞(ya) 毫米陣列 (ALMA) 拍攝的。收集的大量數據高達100TB字節，研究人員花了兩(liang) 年時間來分析，並將其分解成每種分子的單獨圖示。

每個(ge) 盤的最終圖示表明，即使在單個(ge) 盤中發生的化學反應也比人們(men) 想象的要複雜得多。研究人員解釋說：“每個(ge) 單獨盤看起來都與(yu) 下一個(ge) 大不相同，都有自己獨特的化學子結構集。在這些盤中形成的行星將經曆非常不同的化學環境。”

重要的是，這些有機分子所在的盤區域也是小行星和彗星形成的地方。在這些盤中也可能發生類似於(yu) 在地球上啟動生命的過程——小行星和彗星的轟擊將大有機分子轉移到新形成的行星上。 

研究人員表示，“這項工作的主要結果表明，在我們(men) 的星球上孕育生命所需的相同成分也存在於(yu) 其他恒星周圍。在行星上啟動生命所需的分子可能很容易在所有行星形成環境中發現。”

尋找未來的行星新生兒(er)

新研究項目不僅(jin) 僅(jin) 為(wei) 天文學家提供研究圓盤化學環境的機會(hui) 。奧伯格說：“我們(men) 的團隊使用這些圖集來展示一些正在形成的行星位於(yu) 盤內(nei) 的位置，使科學家能夠將觀察到的化學湯與(yu) 特定行星的未來成分聯係起來。”

研究人員正使用收集的數據和圖集來尋找新生行星。天文學家確信行星是在原行星盤中形成的，但有一個(ge) 問題：他們(men) 無法直接看到它們(men) 。密集的氣體(ti) 和塵埃將持續約300萬(wan) 年，掩蔽了年輕的、正在發育的行星。

研究人員表示，“這就像在看一條水下的魚。我們(men) 知道它們(men) 在那裏，但我們(men) 無法看見水深處的魚。我們(men) 必須在水麵上尋找細微的跡象，比如漣漪和波浪。”

在原行星盤中，氣體(ti) 和塵埃自然地圍繞中心恒星旋轉。天文學家可以測量的移動物質的速度應該在整個(ge) 盤上保持一致。但如果一顆行星潛伏在表麵之下，研究人員認為(wei) 它會(hui) 輕微擾亂(luan) 圍繞它移動的氣體(ti) ，形成速度的微小偏差，導致螺旋狀氣體(ti) 以意想不到的方式移動。

使用這種策略，研究人員分析了五個(ge) 原行星盤中的兩(liang) 個(ge) ——圍繞年輕恒星HD 163296和MWC 480 的氣體(ti) 速度。盤中某些部分的速度出現小波動，揭示了每個(ge) 盤中都嵌有一顆年輕的類似木星的行星。

研究人員說，隨著行星的生長，它們(men) 最終會(hui) “在盤結構中形成開放的缺口”，以便人們(men) 可以看到它們(men) ，但這個(ge) 過程將需要數千年的時間。研究人員希望比即將發射的詹姆斯韋伯太空望遠鏡領先一步確認這些發現，並在未來通過研究更多的原行星盤來證實這一結果。

◎ 科技日報記者 張夢然

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