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(xué)家2020年4月20日宣布，他們推測(cè)中的一顆系外行星（太陽(yáng)系以外的行星）現(xiàn)在看來(lái)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(xué)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(rèn)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(shí)并不是一顆完整意義上的行星，而是由環(huán)繞太陽(yáng)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(gè)大天體相撞產(chǎn)生的巨大、膨脹的塵埃云。后續(xù)觀測(cè)可能將證實(shí)這一解釋。

科學(xué)家指出，這樣的天體碰撞實(shí)屬少見，能夠被哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（以下簡(jiǎn)稱哈勃）看到堪稱一大巧合。北落師門系統(tǒng)可以說是科學(xué)家有關(guān)系外行星和恒星系統(tǒng)演化理論的終極實(shí)驗(yàn)室。雖然在太陽(yáng)系外已經(jīng)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(yáng)系中從未被觀測(cè)到。如果上述兩個(gè)大天體是行星，那么它們將向科學(xué)家揭示行星相互毀滅的方式。

科學(xué)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(xué)家在2008年宣布發(fā)現(xiàn)了北落師門b。在哈勃多年來(lái)拍攝的觀測(cè)圖像中北落師門b都可見——它在這些圖像中呈現(xiàn)為一個(gè)移動(dòng)的圓點(diǎn)。直到2008年，有關(guān)系外行星的證據(jù)大多是根據(jù)非直接觀測(cè)結(jié)果推斷而來(lái)，這些觀測(cè)的目標(biāo)是行星從其母恒星正前方經(jīng)過時(shí)造成的恒星前后晃動(dòng)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(lái)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(xué)家曾推測(cè)北落師門b的額外亮度來(lái)自可能由撞擊事件產(chǎn)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(lái)也很奇怪，似乎很扁。

經(jīng)過對(duì)哈勃有關(guān)北落師門的所有探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，科學(xué)家當(dāng)時(shí)進(jìn)一步推測(cè)看似有行星大小的疑似行星北落師門b其實(shí)根本不存在——經(jīng)過對(duì)哈勃2014年所拍圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，科學(xué)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(shí)原本就不存在。此外，早期圖像顯示北落師門b隨時(shí)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(xué)家現(xiàn)在的解釋是，疑似行星北落師門b其實(shí)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(tuán)。把所有已得數(shù)據(jù)考慮進(jìn)去.科學(xué)家推測(cè)這場(chǎng)撞擊的發(fā)生時(shí)間是在哈勃2004年對(duì)北落師門初始觀測(cè)之前不久。這一塵埃云中的塵埃顆粒直徑約為1微米（相當(dāng)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(dǎo)致哈勃無(wú)法再看見它。科學(xué)家估計(jì)，該塵埃云目前的直徑已超過地球軌道與太陽(yáng)之間的距離。

科學(xué)家還推測(cè)，該云團(tuán)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(cè)數(shù)據(jù)所得的軌跡圖。最近進(jìn)行的電腦模擬表明，新近形成的一團(tuán)巨大塵埃云在北落師門的極大輻射力作用下會(huì)進(jìn)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(diǎn)。對(duì)塵埃云進(jìn)行的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果顯示，這類模型能在數(shù)量上完全吻合哈勃對(duì)北落師門b的所有觀測(cè)數(shù)據(jù)。

因?yàn)楸甭鋷熼Tb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(xué)家推測(cè)導(dǎo)致北落師門b形成的兩個(gè)相撞天體是冰和塵埃的混合體，就像柯伊伯帶（位于太陽(yáng)系外緣）中的彗星。科學(xué)家估計(jì)這兩個(gè)彗星樣天體的直徑都為大約200千米（是太陽(yáng)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(xué)家估算結(jié)果是，導(dǎo)致北落師門b形成的那種規(guī)模的天體碰撞每20萬(wàn)年才發(fā)生一次。

美國(guó)宇航局的詹姆斯·韋伯號(hào)空間望遠(yuǎn)鏡即將服役。科學(xué)家將在它投入運(yùn)行后第一年用它觀測(cè)北落師門系統(tǒng)。科學(xué)家將直接拍攝該系統(tǒng)內(nèi)部的溫暖區(qū)域，第一次從空間上解析一個(gè)系外行星系統(tǒng)的類柯伊伯帶組成。科學(xué)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(xué)組成。

科學(xué)家對(duì)北落師門系統(tǒng)的上述最新研究結(jié)果刊登在2020年4月20日的美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊中。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目由美國(guó)宇航局和歐洲空間局聯(lián)合執(zhí)行。位于美國(guó)馬里蘭州的美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心負(fù)責(zé)管理該望遠(yuǎn)鏡，同樣位于馬里蘭州的美國(guó)宇航局空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)院執(zhí)行該望遠(yuǎn)鏡科學(xué)任務(wù)。

位于地球上空的哈勃望遠(yuǎn)鏡。

這幅模擬圖顯示的是科學(xué)家對(duì)北落師門系統(tǒng)中一次巨型碰撞結(jié)果的看法。左側(cè)圖是對(duì)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(lái)阻擋北落師門的強(qiáng)光，才能拍攝到冰環(huán)。科學(xué)家2008年說，他們推測(cè)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(wú)法探測(cè)到的程度。目前認(rèn)為最好的解釋是，北落師門b根本就不是一個(gè)完全成形的行星，而是兩個(gè)較大天體碰撞所產(chǎn)生、并且持續(xù)緩慢膨脹的塵埃云。右側(cè)圖是對(duì)這團(tuán)塵埃云膨脹、褪色過程的模擬。這團(tuán)由極細(xì)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(jì)，在北落師門周圍如此規(guī)模的碰撞每20萬(wàn)年才有一次。因此，哈勃能捕捉到這樣的事件簡(jiǎn)直堪稱正逢其時(shí)。