臺北市立天文科學教育館

在太陽系形成早期，科學家認為一顆約火星大小的天體「忒伊亞」（Theia）曾撞擊初生地球，大量岩石因撞擊而汽化並拋入太空，其中部分物質最終聚合形成月球。如今，天文學家利用詹姆斯．韋伯太空望遠鏡（JWST）觀測一類年輕恆星周圍的特殊系統，發現其中可能留下與類似劇烈碰撞有關的證據，為研究類地行星形成與演化過程中的高能碰撞提供新的觀測線索。

圖說：透過研究極端碎屑盤的組成，科學家推論，富含二氧化矽的碎屑盤是由火星大小天體之間的高能量碰撞所產生，而二氧化矽含量較低的碎屑盤，則是由月球大小天體能量較低的碰撞事件形成。圖片來源：NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted（STScI）

這類系統稱為「極端碎屑盤」（extreme debris disks, EDDs），是一般碎屑盤中的特殊類型。恆星周圍的物質通常會由富含氣體的原行星盤逐漸演化為氣體稀少的碎屑盤，而極端碎屑盤則具有異常大量、靠近恆星且溫暖的塵埃，其位置約相當於太陽系內岩質行星所在區域。研究團隊結合韋伯與已退役的史匹哲太空望遠鏡中紅外光譜，分析21個極端碎屑盤，確認它們普遍具有較小的塵埃顆粒、大量溫暖塵埃，以及不規則的紅外亮度變化。這類系統目前相當罕見，估計僅約1%的年輕恆星呈現可觀測的相關特徵。

進一步分析塵埃的礦物組成後，研究人員將樣本區分為富含二氧化矽與二氧化矽較少的兩類。約三分之一屬於富二氧化矽型，其特徵顯示可能源自火星大小天體之間的高能碰撞，撞擊過程中有相當比例的岩石物質被汽化；另外約三分之二則屬於二氧化矽較少型，可能與月球大小天體之間較小尺度的碰撞，例如掠碰有關。富二氧化矽的系統目前只出現在年齡小於約3億年的恆星周圍，而二氧化矽較少的系統則可存在於更廣泛的年齡範圍，且往往具有更明顯的亮度變化。

研究結果顯示，極端碎屑盤可能是觀察行星形成後期劇烈碰撞與動力學不穩定的重要窗口。這些碰撞產生的大量細微塵埃，不僅記錄了碰撞物質的礦物組成，也可能反映撞擊能量與天體尺度。研究團隊認為，早期太陽系或許也曾經歷一個以上的極端碎屑盤階段。由於富二氧化矽系統的年齡分布，與地球及月球約在太陽形成後1億年左右形成的時間尺度相符。不過，這些結果主要提供類比與演化線索，並不能直接證明太陽系曾經歷完全相同的碰撞事件，未來需要更多樣本與觀測，才能進一步檢驗相關模型。（編譯／吳典諺）

資料來源：NASA