行星PDS 70的磁碟差異，系外行星「嬰兒時期」是什麼樣子？

作者：文/虞子期

系外行星的「嬰兒時期」是什麼樣子？天文學家通過超大望遠鏡過濾中央恆星光線的方法：自適應光學和數據處理的結合，抵消來自中心恆星（由白星標記）的光。從而發現了兩個軌道系外行星，它們分別是左下方可見的PDS 70b（質量是木星的4到17倍）和右上方可見的PDS 70c（質量是木星的1到10倍）。

直接成像的第二個平面系統PDS 70

PDS 70有多特殊？它是迄今第二個直接成像的多平面系統，也是天文學家們第一次明確檢測到的一個雕刻磁碟間隙的雙行星系統。在HR 8799之後，擁有四個已知的世界。它們之間最大的不同之處在於：繞著PDS 70行進的那些行星仍在增長，並且，在它們的主星周圍，氣體和塵埃盤中形成了一個間隙；而HR 8799的行星，卻都已完全形成。

PDS 70的磁碟很特別，從距離恆星的31億公里（19億英里）延伸到61億公里（38億英里），或距離恆星比冥王星的平均距離更近。與此同時，也比天王星繞太陽運行的距離更接近恆星。圓盤上那個很大的空隙，是一個沒有灰塵和氣體的地方，人類最先進的望遠鏡都可以看到。比如：阿塔卡馬沙漠中的射電望遠鏡陣列、ALMA，以及哈勃太空望遠鏡。

系外行星PDS 70的原行星盤猜測

PDS 70b和PDS 70c被籠罩在寬闊平坦的物質圈中，它們的氣體和塵埃會聚集到最終的行星球中，所以天文學家們將其稱為「原行星盤」。相關研究人員們也一直在懷疑：在望遠鏡所發現的鬆散物質的海洋中，原始行星可能會發現較大的空隙。

通過這兩個行星的發現，這個猜測性的理論也由此得到證實：在和地球相距370光年的半球座星座PDS 70的周圍，在那個圓盤的縫隙中，天文學家們發現了PDS 70b和PDS 70c的存在。相對於太陽大約45億年的生命歷史而言，形成於600萬年前的PDS 70則顯得格外年輕。

行星PDS 70的磁碟存在巨大差異

擁有600萬年生命的系外行星PDS 70，同時也擁有巨大差異的磁碟。早在2018年，天文學家就發現了一個氣體巨星，它就是PDS 70b，它和「母星」之間的距離大約32億公里（20億英里），靠近這個間隙的內緣，大致相當於天王星和太陽系中太陽之間的距離。

而在這個空白中還有第二顆行星PDS 70c，遠離它的母星，就像海王星從太陽那樣，更接近間隙的外緣，距離類似於海王星的53億公里（33億英里）。參與研究的小組成員初步預估，PDS 70c是一個天然氣巨頭，擁有木星質量的一到十倍。在其較大的內部雙胞胎的每兩個軌道上，PDS 70c繞其恆星運行一次。

原行星盤間隙的啟發性研究意義

天文學家對PDS 70c的發現也感到「非常驚訝」， 研究人員正在以一種新的觀測模式，使用MUSE研究星團和星系。像這樣的原行星盤間隙比較年輕的行星雖然很多，但這些發現卻更具有啟發性。與此同時，這種新模式，也使其適用於系外行星成像，雖然這不是MUSE儀器的原始科學驅動因素。

天文學家可以從未來的天文台，了解更多關於PDS 70系統和行星的誕生情況。比如： 2021年，美國宇航局計劃將發射價值96億美元的詹姆斯韋伯太空望遠鏡，美國航空航天局範圍內計劃升空研究小組成員表示，在20世紀20年代中期，廣角紅外探測望遠鏡也可以針對該系統。

具有挑戰性的系外行星發現之旅

圍繞著年輕恆星PDS 70的兩顆氣體巨星系外行星，這些行星仍然是通過從周圍的盤中吸收材料而生長的。在這個過程中，他們重力地在磁碟上划出了一個巨大的空隙。在我們的太陽系中，距離相當於天王星和海王星軌道的距離。為了可見，磁碟必須將其平面呈現給地球，而不是它的邊緣，在像這樣的間隙中，發現系外行星是具有挑戰性的。圍繞地球盤旋轉的行星，永遠不會在地球和恆星之間傳播，所以這樣的世界必須直接成像。

天文學家們通過觀察它們的前面而間接發現外行星，雖然通過間接方法發現了數千顆系外行星，但直接探測很少見。作為第二個直接成像的多平面系統，這兩顆行星只是直接發現的十幾顆系外行星的一部分。在未來的路上，天文學家們希望在行星上，操作除了VLT以外的望遠鏡，以了解更多關於它們的信息，並加深年輕行星如何形成、，以及關於原行星盤的形成理解。

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