臺北市立天文科學教育館

18世紀末，哲學家和科學家提出，行星是由環繞新生太陽的塵埃和氣體盤凝聚而成的。然而，直到約200年後，天文學家才首次透過望遠鏡觀測到支持這一假說的證據。當時，紅外線天文衛星在炙熱的織女星周圍發現了額外的紅外線輻射，這被解釋為由低溫塵埃組成的行星盤。多年來的觀測顯示，這類塵埃盤在年輕恆星周圍十分常見，而織女星只是這種現象的首個線索。

如今，天文學家結合哈伯和詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的觀測能力，再次探測織女星周圍的盤。哈伯觀察到如煙霧般大小的微粒，而韋伯則捕捉到約沙粒大小的顆粒。令人驚訝的是，盤中並未發現大型行星穿行的明確證據，織女星周圍的盤幾乎如煎餅般平滑，未顯現出行星的跡象。研究人員甚至形容其「平滑得荒唐」。這促使天文學家重新思考其他恆星周圍行星系統的多樣性。顯然，塵埃盤的結構在不同的恆星系統中展現出各種不同的形態。哈伯和韋伯望遠鏡的觀測告訴我們，宇宙中的行星形成環境充滿了意想不到的多樣性。

研究顯示，織女星周圍塵埃盤中的塵埃呈分層分布，因為恆星的輻射壓會將較小的顆粒推得比大顆粒更遠。不同的物理過程會使不同大小的顆粒分布於不同位置，我們觀測到的塵埃粒徑分布有助於了解圍繞恆星的塵埃盤中的基本動態。韋伯望遠鏡觀測到由類似沙粒大小的塵埃組成的盤發出的紅外線，這些塵埃圍繞著炙熱的藍白色恆星旋轉。哈伯望遠鏡則捕捉到塵埃盤外層的光暈，由煙霧般大小的顆粒組成，這些顆粒會反射恆星光。在織女星盤中，確實存在一個微弱的間隙，約距離恆星60天文單位，相當於海王星軌道距離的兩倍；但除此之外，塵埃盤在接近恆星的範圍內保持極度平滑，顯示出沒有任何大型行星環繞。

圖說：左圖為哈伯太空望遠鏡拍攝的影像，顯示織女星周圍寬達1,500億公里的塵埃盤。哈伯觀測到煙霧大小的塵埃顆粒所反射的光，這些顆粒主要分布在盤的外層光暈中。右圖為韋伯太空望遠鏡解析的影像，顯示距離織女星約370億公里處的塵埃盤，由沙粒大小的顆粒組成，並發出紅外線輻射。織女星的行星盤極為平滑，未顯現任何大型行星環繞的跡象。

織女星系統的結構明顯不同於我們的太陽系。然而織女星的質量約為太陽的兩倍，表面溫度高達9,600K。作為對比，與織女星距離、年齡和溫度相近的北落師門，其周圍的塵埃盤結構卻大不相同。北落師門的塵埃盤中有三個明顯的間隙，推測這些間隙是由原始行星在盤中穿行而形成的環狀結構。考慮到織女星和南門二在物理性質上的相似性，為何北落師門似乎能夠形成行星而織女星無法呢？天文學家正深入研究圍繞恆星的塵埃盤的多樣性，及其與行星系統之間的關聯。儘管行星形成過程中仍有許多未知數，但織女星的觀測結果將有助於限定行星形成模型。此研究將發表於《天文物理學期刊》（Su et al. 2024; Wolff et al. 2024）。（編譯 / 段皓元）

資料來源：Webb & HST