一顆系外行星不見了?

劉安立

恒星北落師門附近兩顆行星相撞（想象圖）。

科學家2020年4月20日宣布，他們推測中的一顆系外行星（太陽系以外的行星）現(xiàn)在看來不見了。

雖然在科幻小說中不乏“超人的故鄉(xiāng)行星爆炸并消失”這樣的描述，但科學家必須為疑似行星消失這樣的“怪事”尋找合理的解釋。最新和被認為最可信的一種解釋是，這顆人類最早在2004年拍攝過的疑似行星（被稱為北落師門b）其實并不是一顆完整意義上的行星，而是由環(huán)繞太陽系附近的一顆明亮恒星——北落師門（南魚座的主星，全夭第18亮星）的兩個大天體相撞產生的巨大、膨脹的塵埃云。后續(xù)觀測可能將證實這一解釋。

科學家指出，這樣的天體碰撞實屬少見，能夠被哈勃空間望遠鏡（以下簡稱哈勃）看到堪稱一大巧合。北落師門系統(tǒng)可以說是科學家有關系外行星和恒星系統(tǒng)演化理論的終極實驗室。雖然在太陽系外已經發(fā)現(xiàn)了這類天體撞擊的證據(jù)，但這么大規(guī)模的撞擊在太陽系中從未被觀測到。如果上述兩個大天體是行星，那么它們將向科學家揭示行星相互毀滅的方式。

科學家想象中環(huán)繞恒星北落師門的行星。

基于2004年和2006年所獲數(shù)據(jù)，科學家在2008年宣布發(fā)現(xiàn)了北落師門b。在哈勃多年來拍攝的觀測圖像中北落師門b都可見——它在這些圖像中呈現(xiàn)為一個移動的圓點。直到2008年，有關系外行星的證據(jù)大多是根據(jù)非直接觀測結果推斷而來，這些觀測的目標是行星從其母恒星正前方經過時造成的恒星前后晃動和變暗。

與直接拍攝到的其他系外行星不同，北落師門b自從被發(fā)現(xiàn)以來一直令人困惑。首先，它在可見光中異常明亮，但不具有任何紅外熱跡象。科學家曾推測北落師門b的額外亮度來自可能由撞擊事件產生、環(huán)繞該疑似行星的巨大塵埃環(huán)（由塵埃組成的環(huán)）或塵埃殼。其次，北落師門b的軌道看起來也很奇怪，似乎很扁。

經過對哈勃有關北落師門的所有探測數(shù)據(jù)進行分析，科學家當時進一步推測看似有行星大小的疑似行星北落師門b其實根本不存在——經過對哈勃2014年所拍圖像進行數(shù)據(jù)分析，科學家涼訝地發(fā)現(xiàn)北落師門b竟然消失了。至此，這讓他們確信北落師門b其實原本就不存在。此外，早期圖像顯示北落師門b隨時間推移而持續(xù)變暗。很明顯，北落師門b的這些行為根本不像行星行為。

科學家現(xiàn)在的解釋是，疑似行星北落師門b其實是由天體撞擊而噴射到太空的塵埃組成、并且緩慢膨脹的云團。把所有已得數(shù)據(jù)考慮進去.科學家推測這場撞擊的發(fā)生時間是在哈勃2004年對北落師門初始觀測之前不久。這一塵埃云中的塵埃顆粒直徑約為1微米（相當于一根發(fā)絲直徑的1/50）。到現(xiàn)在，該塵埃云的稀薄程度已導致哈勃無法再看見它?？茖W家估計，該塵埃云目前的直徑已超過地球軌道與太陽之間的距離。

科學家還推測，該云團可能位于一條逃逸路徑中，而非像行星那樣處于一條橢圓軌道上。這一推斷是基于在根據(jù)早期數(shù)據(jù)畫的北落師門b軌跡圖上添加后期觀測數(shù)據(jù)所得的軌跡圖。最近進行的電腦模擬表明，新近形成的一團巨大塵埃云在北落師門的極大輻射力作用下會進入逃逸軌道。這一新模型能解釋北落師門b的所有情況，包括膨脹速度、變暗程度和軌道特點。對塵埃云進行的復雜動力學模擬結果顯示，這類模型能在數(shù)量上完全吻合哈勃對北落師門b的所有觀測數(shù)據(jù)。

因為北落師門b很可能位于環(huán)繞北落師門的一條巨大冰粒環(huán)中，所以科學家推測導致北落師門b形成的兩個相撞天體是冰和塵埃的混合體，就像柯伊伯帶（位于太陽系外緣）中的彗星?？茖W家估計這兩個彗星樣天體的直徑都為大約200千米（是太陽系中一顆小行星——灶神星直徑的差不多一半）。北落師門系統(tǒng)距離地球大約25光年。科學家估算結果是，導致北落師門b形成的那種規(guī)模的天體碰撞每20萬年才發(fā)生一次。

美國宇航局的詹姆斯·韋伯號空間望遠鏡即將服役?？茖W家將在它投入運行后第一年用它觀測北落師門系統(tǒng)?？茖W家將直接拍攝該系統(tǒng)內部的溫暖區(qū)域，第一次從空間上解析一個系外行星系統(tǒng)的類柯伊伯帶組成?？茖W家還將尋找環(huán)繞北落師門、有可能影響北落師門外環(huán)的真正的行星，并且將分析這一外環(huán)的化學組成。

科學家對北落師門系統(tǒng)的上述最新研究結果刊登在2020年4月20日的美國國家科學院院刊中。哈勃空間望遠鏡項目由美國宇航局和歐洲空間局聯(lián)合執(zhí)行。位于美國馬里蘭州的美國宇航局戈達德太空飛行中心負責管理該望遠鏡，同樣位于馬里蘭州的美國宇航局空間望遠鏡科學院執(zhí)行該望遠鏡科學任務。

位于地球上空的哈勃望遠鏡。

這幅模擬圖顯示的是科學家對北落師門系統(tǒng)中一次巨型碰撞結果的看法。左側圖是對哈勃所拍攝北落師門周圍巨大冰環(huán)的著色圖。北落師門太明亮，所以需要用一張黑色遮掩面來阻擋北落師門的強光，才能拍攝到冰環(huán)。科學家2008年說，他們推測自己首次直接拍攝到了環(huán)繞北落師門的行星。他們把它命名為北落師門b。但到了2014年，北落師門b褪色到了哈勃無法探測到的程度。目前認為最好的解釋是，北落師門b根本就不是一個完全成形的行星，而是兩個較大天體碰撞所產生、并且持續(xù)緩慢膨脹的塵埃云。右側圖是對這團塵埃云膨脹、褪色過程的模擬。這團由極細微塵埃顆粒組成的云的目前直徑超過3.2億千米。據(jù)估計，在北落師門周圍如此規(guī)模的碰撞每20萬年才有一次。因此，哈勃能捕捉到這樣的事件簡直堪稱正逢其時。