你知道這有多難嗎？就像在耀眼的光芒之下捕捉「螢火蟲」

1.

當伽利略第一次用望遠鏡觀測到木星的四顆衛星時，他意識到並不是所有東西都像人們在當時所認為的那樣繞著地球轉。這些衛星誕生於何處？人們推測，它們可能起源於圍繞在新生木星旋轉的氣體和塵埃盤中。幾個世紀以來，天文學家就這個問題進行了大量的深入研究，卻一直沒能找到可以證明這一推測的直接證據。

○ 木星和它的四顆「伽利略衛星」的合成圖。| 圖片來源：Flickr/Thomas Bresson

直到最近，一顆名為PDS 70b的新生行星給我們帶來了突破。莫納什大學的天文學家Valentin Christiaens與他的同事們發現，PDS 70b的周圍會放出紅外光，這是證明存在這種圍繞著行星的氣體和塵埃盤的首個證據。

2.

這顆新生的行星圍繞著一顆名為PDS 70的恆星運行，這是一顆很年輕的恆星，只存在不到1千萬年，與已存在了46億年的太陽相比，它彷彿就是一個小嬰兒。它的大小略比太陽小，距離地球也相對較近，只有369光年。

天文學家之所以會選擇PDS 70作為重點觀測對象，不僅是因為它具有年輕且離我們較近的優勢，還因為早在2012年就有觀測顯示，圍繞在這顆恆星周圍的氣體和塵埃盤中，存在一片很大的空白區域。

起初，這片空白區域的邊緣所處的位置相當於天王星在我們太陽系中的軌道位置，然後這個距離延伸到了大約之前3倍的大小。現在，這個缺口的面積幾乎與我們的太陽系差不多大（如下圖虛線圓圈所示），這很可能意味著有行星在圍繞這顆恆星運行，因為只有行星才會將塵埃盤中的物質「切割」走。但是，這一觀點缺乏直接證據的支持。

○ 新生行星PDS 70b（左下角的亮點）及環繞在它周圍的物質盤的紅外圖像。實際的恆星在圖像的中心（用星號標記的區域），但是它的強光被處理了。第二亮的點（右上方）被認為是另一顆正在形成的行星，其他研究人員正在對其進行研究。| 圖片來源：Valentin Christiaens等/ESO

從這次觀測得獲得的圖像顯示，這片「空白」並不完全是空的。裡面顯示了一些成弧狀或螺旋狀的塵埃物質，還有一個明亮的團狀物（上圖箭頭所指之處）。去年6月，天文學家首次探測到了這個團狀物體，它就在缺口的內邊緣徘徊，天文學家認為它是一顆年輕的行星，而且非常巨大，質量大約是木星的10倍，這顆行星就是PSD 70b。

3.

與之前的研究相比，Christiaens等人在新的研究中使用了波長更長的紅外光來對這顆行星進行了分析，結果發現，PDS 70b所放出的紅外光比一顆行星預期能釋放的要多得多，因此說，這顆行星的大氣層無法完全解釋它的紅外色。

Christaens認為，這種紅外過剩表明這顆行星有一個環繞著它的塵埃物質盤，這個塵埃物質盤吸收了熱量，然後以紅外光的形式將熱量再次放出。幾十年前，類似的說法也曾被用來作為原行星盤存在的證據，原行星盤是指圍繞在年輕恆星周圍的塵埃氣體盤，是行星誕生的地方。如果這種想法是對的，那就印證了之前人們猜測，即衛星的誕生之地，就是圍繞在行星周圍的物質盤。

現在，天文學家將相同的技術用在更小的尺度範圍內來研究衛星的誕生之地。但這絕非一件簡單的事，要知道用望遠鏡去觀測行星，就好比是要在盯著汽車的遠光燈的情況下去捕捉在它附近的一隻螢火蟲。因此，天文學家必須能夠模擬並減去恆星的強光，才能探測到行星發出的微弱的光。

在新的圖像處理中，Christiaens通過發展新的演算法，成功地移除了恆星發出的星光，從而得到了有些微弱的行星以及圍繞在恆星周圍的圓盤的結構。

新的發現表明，之前我們有關於巨型行星形成的理論模型在大體上是對的。現在在PDS 70b周圍的物質盤上，可能就有衛星正在形成。研究人員認為，如果其他的天文台也能證實這一觀測，也將非常有助於驗證這次的結果。

4.

這次的發現主要得益於位於智利阿塔卡馬沙漠的甚大望遠鏡（VLT），這是地面上最大的望遠鏡之一，它實際上是由4台巨型望遠鏡組成的。除此之外，這項研究還需要用一台複雜的光譜儀（SINFONI）來獲取在不同紅外波長下的成像，另外非常重要的就是專為收集到的複雜數據集而開發的新的圖像處理演算法。

研究人員希望他們新發展出的演算法也可以用於提取來自其他行星的微弱信號。Christiaens說，一想到利用世界上的這些最大的望遠鏡，能看到其他行星甚至衛星的形成過程，就會感到無比震撼，因為這會讓他覺得，我們是多麼的渺小和微不足道。

編譯：不二北斗

參考鏈接：

[1] https://www.quantamagazine.org/a-close-look-at-newborn-planets-reveals-hints-of-infant-moons-20190611/

[2] https://theconversation.com/a-disc-of-dust-and-gas-found-around-a-newborn-planet-could-be-the-birthplace-of-moons-118260

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