臺北市立天文科學教育館

天文學家在一顆年輕恆星周圍的盤中首次發現了水蒸氣，這個發現恰好是行星可能正在形成的地方。這是天文學家首次捕捉到在可能形成行星的同一區域中水蒸氣的詳細影像。這項成果已經在《自然·天文學》期刊上發表（Facchini et al. 2024）。

水是地球上生命的關鍵成分，也被認為在行星形成中有著重要作用。直到現在，我們第一次能夠對穩定的且相對冷卻的行星盤中水的分佈進行仔細的研究。最新觀測顯示，在位於金牛座、距離地球450光年的年輕太陽型恆星HL Tauri的行星盤中，水的量至少是地球所有海洋的三倍。研究團隊使用ALMA電波望遠鏡進行觀測，對具有指標性的HL Tauri行星盤進行研究，確定了在盤的不同區域中水的分佈情況。已知在HL Tauri行星盤中，環狀的間隙是由繞行的年輕原始行星，在吸積物質並增長時，在富含氣體和塵埃的盤中清除物質而形成的。觀測顯示，在距離中心恆星一定範圍的地方，包括可能正在形成行星的間隙，存在大量水蒸氣。很可能，這些水蒸氣會影響在這些區域形成的行星的化學組成。塵埃是行星形成的種子，它們相互碰撞並聚集成越來越大的物體，繞著恆星運行。天文學家相信，在足夠冷的地方，水可以凝結在塵埃顆粒上，富含水分會使塵埃更有效地粘在一起，這是行星形成的理想場所。研究結果顯示，水的存在可能影響行星系統的發展，就像它在我們自己的太陽系約45億年前所做的那樣。

圖說：這是ALMA拍攝的有史以來最清晰的行星盤影像。同時捕捉到在同一區域中水蒸氣的詳細影像。它顯示了年輕恆星HL Tauri周圍的原行星盤。環狀間隙展示了在系統內的黑暗區域中形成行星的可能位置，藍色顯示了水蒸氣的分佈。

然而，使用地面望遠鏡觀測外太空的水並非易事，因為地球大氣中豐富的水蒸氣會干擾這些訊號。ALMA是位於智利阿塔卡馬沙漠的一組望遠鏡陣列，海拔約5,000公尺，特別建造在高海拔乾燥的環境中，以最小化大氣中水的干擾，提供卓越的觀測條件。這使得ALMA能夠成為在地表解析遙遠的星際空間中水分子訊號的觀測設施，可以直接見證冰冷塵埃顆粒釋放出水分子的過程。隨著歐洲南方天文台（ESO）極大望遠鏡（ELT）的建造工作正在進行，未來ELT也將投入行星形成及水分子的觀測，將為天文學家提供前所未有的行星形成盤內部區域的影像及光譜，這些區域是像地球這樣的行星形成的地方。

（編譯／段皓元）

資料來源：ALMA press release