哈勃130108 — 揭示北落師門b的遊盪軌道

2013.1.8：哈勃太空望遠鏡新近拍攝了擁有龐大塵埃碎屑盤的鄰近恆星北落師門（南魚座α），確證了那個環繞它公轉的神秘行星，並可能揭示該巨行星破壞整個塵埃盤的鐵證。天文學家團隊驚訝於碎屑帶從離母恆星150天文單位（AU）延伸到210AU，其寬度超過以前預期。更驚人的是，天文學家團隊藉助最新的哈勃圖像計算出它的軌道是一個不常見的橢圓形，使得它可能進入廣袤的塵埃環並造成破壞。

哈勃太空望遠鏡成像光譜儀（STIS）拍攝的北落師門圖像，本圖帶有標註和疊加，以便大家更好地理解。大圖下載：3.9MB，版權：NASA，ESA，STScI，原作者，下同。哈勃太空望遠鏡新近拍攝了擁有龐大塵埃碎屑盤的鄰近恆星北落師門（雙魚座α），確證了那個環繞它公轉的神秘行星，並可能揭示該巨行星破壞整個塵埃盤的鐵證（法庭證據）。天文學家團隊驚訝於碎屑帶從離母恆星150天文單位（AU）延伸到210AU，其寬度超過以前預期。更驚人的是，天文學家團隊藉助最新的哈勃圖像計算出它的軌道是一個不尋常的橢圓形，使得它可能進入廣袤的塵埃環並造成破壞。

不帶標註的原始圖像，圖中的黑影是STIS的星冕儀遮蔽了主星，大量的射線狀光芒是主星的剩餘衍射效應。圖像中另外幾個明亮的點是遙遠的恆星，用於對準不同時期的照片。大圖下載：2.7MB。這顆編號北落師門b的行星，離母恆星的近星點約為50AU（74億公里），遠星點達290AU（430億千米），該軌道是根據哈勃2012年獲得的最新圖像重新計算的結果。團隊領導、加利福尼亞州山景城搜索地外文明計劃（SETI）研究所兼加州大學伯克利分校的保羅?卡拉斯（Paul Kalas）：「我們頗為驚訝——北落師門b的近星點比我們預期的近3倍，它現在正處於遠離母恆星的軌道。」由卡拉斯領導的團隊推測這間接證明了北落師門系統還存在其他的行星類天體，它的引力導致b行星運行於如此的高偏心率軌道。2013.1.8，在加利福尼亞州長灘市召開的第221屆全美天文學大會上，他的團隊公布了本發現。

2004、06年，哈勃ACS的HRC通道拍攝的北落師門b圖像（上）對比和2012年STIS拍攝的圖像對比（下），從中可以看出行星b的運動軌跡。也正是哈勃的超級解析度，使得這顆行星的存在再無疑義。為了解釋北落師門b長達2000年的軌道周期，天文學家提出了多個假設。其中之一是另一個未發現的巨行星的引力（彈弓）作用導致它的軌道穿過了外塵埃帶（相當於太陽系的柯伊伯帶）。按照研究合作者、美國宇航局（NASA）戈達德太空飛行中心的Mark Clampin 的說法： 「（巨）行星之間會發生引力散射，結果一個趨近母恆星成為熱木星，另一個就變成本例中的長周期外行星。」哈勃還發現，圍繞北落師門的冰屑帶有一條縫隙，研究者認為這可能是另一個未發現的行星造成的。Kalas解說：「哈勃的精細圖像顯示塵埃帶並不規整，這強烈刺激了存在更多行星的研究。」

北落師門行星和塵埃盤系統示意圖。圖中的文字分別是內盤、主塵埃帶、主帶縫、主帶暈。b行星正在接近主帶縫。大圖下載：1.8MB。Kalas繼續解釋：「假如北落師門b的軌道與塵埃帶在同一個平面，那麼行星將在遠行中於2032年抵達塵埃帶。當它穿過塵埃帶時，冰塊和碎石將撞入行星大氣層，產生宇宙煙火，就像蘇梅克-列維9號彗星撞擊木星一樣。但假如兩者的軌道並不同面，我們將看不到任何預期的景象，只能看到它隨著逐漸遠離恆星而變得越來越暗。」卡拉斯假設北落師門b的異常軌道是它在可見光波段非常明亮而紅外波段異常暗淡的關鍵原因。因為行星的質量範圍可能從冥王星直到木星這麼寬，但它的可見光亮度主要來自其光環或其周圍包裹的塵埃盤反射的星光。每隔千年，當b行星穿過主塵埃帶時，引力將導致它的衛星經歷大量的撞擊，並迅速形成大量的塵埃。Kalas解說：「衛星，比如土星吧，它有一個巨大但極薄的光環，其中的很多塵埃、碎片是流星體撞擊外圍的土衛九產生的。」團隊還假設了另一種可能的災難事件：一顆矮行星與b行星相撞。卡拉斯介紹說：「該方案能解釋為何北落師門擁有一條狹窄的外塵埃環，還有一個極端軌道的行星。但這種情況下環帶必須很年輕——少於1萬年；對一顆離最年輕時代較遠的恆星系統而言，產生此類撞擊很難。」

2010年，雖然當年的STIS拍攝的圖像存在較大誤差帶，但還是有研究者由此確定其軌道為長橢圓形。當然因為誤差，軌道可能有兩種模式：實線偏心率0.25，虛線0.19。通過對哈勃先前觀測數據的研究，此前已經有兩篇報告確證北落師門b行星是存在的（譯註）。卡拉斯總結道：「北落師門是個特殊的系統，它很像我們太陽系40億年前的景象。行星系統的整體圖景正在重建，塵埃帶正在演化，行星可能變大也可能失去它們的衛星。」 天文學家將繼續觀測北落師門b數十年，因為它可能提供了一個行星進入冰屑帶（類似太陽系外圍的柯伊伯帶）的觀測機會。譯註：北落師門是顆年輕的主序星，大約有4.4億歲，而它的質量為太陽的1.92倍（該數據剛剛於2012.7修正，以前是2億歲、2.1倍），光度達15倍，所以其主序星時代大概只能維持13億年。考慮到太陽系的後期重轟炸時代離太陽誕生達6億年，現在的北落師門大概相當於太陽系當年的重轟炸時代的玩期。本文中之所以要特意說明b行星在紅外比較暗，是因為這顆行星就是本文第一作者的團隊最初發現的，然而加州理工大學的斯皮策團隊在2010~2011年的觀測中卻沒有發現。如此就產生了爭議。另外天文學家們動用了全球各種頂級望遠鏡觀測該系統，比如ALMA的觀測信息在此。北落師門：25.1光年

雙魚座α在星座中的定位。
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