生活在這個(ge) 時代，我們(men) 很幸運。因為(wei) 經常可以和全世界的天文學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係外衛星的行星周盤——7月22日，據國外媒體(ti) 報道，天文學家在一顆名為(wei) PDS 70c的遙遠行星周圍發現了一個(ge) 行星周盤，這顆年輕的係外行星可能正在形成它的衛星。相關(guan) 結果發表於(yu) 《天體(ti) 物理學雜誌通訊》。

       係外衛星或許很普遍

       400多年前，意大利宇宙哲學理論家布魯諾提出：恒星是距離更遠的太陽；它們(men) 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，天文學家通過觀測太陽和恒星的距離與(yu) 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的發現，布魯諾關(guan) 於(yu) 係外行星的猜想也被證實。目前已知的係外行星有4000多顆。通過估算，銀河係中的係外行星可能和恒星一樣的普遍。

       發現了首個(ge) 係外行星後，大家自然有了一個(ge) 新的疑問：係外衛星是否存在？所謂係外衛星，就是圍繞太陽係外行星運行的衛星。其實衛星在太陽係內(nei) 很常見，太陽係的八大行星中，除了水星和金星，其他6顆都有衛星，而且總數有200餘(yu) 顆。通過與(yu) 太陽係的情況做類比，我們(men) 有理由推測：係外衛星應該是存在的，而且可能和係外行星一樣普遍。然而想要從(cong) 科學上證明這個(ge) 猜想卻並不容易，主要原因在於(yu) 天文觀測的限製。銀河係中至少有幾千億(yi) 顆係外行星，但是我們(men) 目前隻發現了其中的億(yi) 分之一。可見要發現係外衛星絕非易事。

       探測係外衛星的方法與(yu) 探測係外行星的方法類似。目前科學家使用微引力透鏡、淩星計時、淩星法等間接探測方法發現的係外衛星候選體(ti) 總數不足20顆。這些都還隻是疑似的係外衛星，目前還沒有被確認。我們(men) 也可以使用直接成像的方法探測係外衛星。但是因為(wei) 係外衛星太小又不發光，其寄主行星與(yu) 寄主恒星的光度差別巨大。因此這種方法目前難以實現。以後使用今年即將發射的韋伯太空望遠鏡或許可以實現。

       見證係外“月亮”的誕生

       我們(men) 目前雖然難以觀測已形成的係外衛星，但是可以通過最先進的毫米波望遠鏡觀測到係外衛星的形成環境。近日，一個(ge) 由國際天文學家組成的團隊使用位於(yu) 智利的阿塔卡馬大型毫米/亞(ya) 毫米陣列望遠鏡（ALMA）第一次清楚地觀測到了一個(ge) 可以孕育係外衛星的行星周盤（行星周圍由氣體(ti) 和塵埃組成的盤）。事實上，兩(liang) 年前就有另一個(ge) 國際天文學家團隊也利用ALMA發現了這個(ge) “可疑”的行星周盤，不過那時的觀測精度較低，不能把這個(ge) 行星周盤與(yu) 周圍的環境清晰地區分開，也就不能確認它的存在；這次的觀測精度可以清楚地將這個(ge) 行星周盤與(yu) 周圍的環境分開，並且可以限定其大小：這個(ge) 行星周盤半徑約為(wei) 1au（日地平均距離），其質量足夠形成3顆月球大小的衛星。

       這個(ge) 行星周盤位於(yu) 一顆年輕的氣態巨行星PDS 70c的周圍。PDS 70c的寄主恒星PDS 70位於(yu) 人馬座，距離太陽約367光年。PDS 70的質量約為(wei) 太陽的80%，年齡隻有大約540萬(wan) 年，差不多是太陽年齡的千分之一。PDS 70的周圍有一個(ge) 半徑達100au的氣體(ti) 塵埃盤（星周盤）。天文學家分別於(yu) 2018年和2019年發現PDS 70周圍有兩(liang) 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(yu) 天王星到太陽的距離相仿。PDS 70c距離PDS 70大約34au，與(yu) 海王星到太陽的距離相仿。這兩(liang) 顆原行星的質量大約在木星質量的1—10倍之間。目前還在非常緩慢地吸積周圍物質。

       目前已知的形成中的係外行星隻有PDS 70b和PDS 70c（其他4000多顆已知的係外行星都是成年行星）。因此這些觀測結果不但可以讓我們(men) 研究衛星的形成，還可以用來測試行星的形成理論。恒星形成於(yu) 一個(ge) 巨大的氣體(ti) 塵埃團。塵埃團最初微小的轉動在收縮形成原恒星的過程中會(hui) 被放大。形成恒星後多餘(yu) 的物質會(hui) 再形成一個(ge) 圍繞恒星轉動的星周盤。行星形成於(yu) 恒星周盤。原行星通過吸積星周盤內(nei) 的物質來成長，並通過引力逐漸清理其所在軌道內(nei) 的氣體(ti) 塵埃。在這個(ge) 過程中，如果一顆行星離其主星足夠遠，它周圍的氣體(ti) 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形成一個(ge) 行星周盤。同時這個(ge) 行星周盤內(nei) 的氣體(ti) 和塵埃也可能通過頻繁的碰撞逐漸聚集形成衛星。不過目前天文學家還沒有完全弄清楚行星和衛星形成過程中的具體(ti) 細節。要進一步研究這些細節，就是天文學進步的動力。

       將來隨著6.5米韋伯太空望遠鏡（JWST）以及歐洲39米極大望遠鏡（ELT）等新一代地麵巨型望遠鏡的陸續投入使用，我們(men) 也許有機會(hui) 探測到係外生命存在的生物證據，從(cong) 而驗證布魯諾400多年前關(guan) 於(yu) 係外生命的猜想。

       （作者係南京大學天文與(yu) 空間科學學院副教授）

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