美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡首次直接測量了圍繞一顆巨大系外行星的潛在月球形成盤的化學成分和物理條件。這個富含碳的圓盤圍繞著名為 CT Cha b 的行星，距離地球 625 光年。儘管韋伯的數據中沒有檢測到衛星，但該環境可能成為未來衛星的滋生地，為了解這些天然衛星如何存在提供線索。
描述這些結果的研究發表於今年 天體物理學期刊通訊。
處於早期階段的年輕恆星系統
繞 CT Cha b 運行的恆星只有 200 萬年的歷史，並且仍在從周圍吸積物質。然而，韋伯的觀測表明，行星周圍的小圓盤與為恆星提供動力的較大圓盤是分開的。這顆行星和它的恆星相距驚人的 460 億公里，這表明它們是不同的活動系統。
了解行星和衛星如何形成對於了解行星系統如何在銀河系中演化至關重要。衛星比行星更有可能存在，有些甚至支持適合生命存在的條件。得益於韋伯的能力，天文學家開始直接觀察行星和月球發展的早期時刻。
追踪行星系統的起源
研究人員表示，這一發現是理解行星和衛星如何形成和生長的一個突破。韋伯的詳細觀測使科學家能夠將這個年輕的系統與我們太陽系的早期歷史進行比較，太陽系形成於 40 億多年前。
“我們可以看到伴星周圍有圓盤的證據，我們可以第一次探測化學成分。我們不僅見證了月球的形成，我們還見證了這顆行星的形成，”華盛頓卡內基科學研究所的主要作者塞拉·格蘭特說。
“我們正在研究正在創造什麼材料來建造行星和衛星，”蘇黎世大學的主要作者、國家行星研究能力中心成員加布里埃萊·庫尼奧補充道。
來自遙遠星球的耀眼光芒
為了研究 CT Cha b，Webb 使用了 MIRI（中紅外儀器）和中等分辨率攝譜儀。對存檔的韋伯數據的早期分析顯示了環行星盤內分子的跡象，促使進行更詳細的調查。由於行星的微弱光芒很容易消失在其主恆星的亮度中，因此研究人員應用高對比度成像技術來區分行星的光和恆星的光。
格蘭特說：“我們看到了地球所在位置的分子，所以我們知道那裡有一些值得深入研究的東西，並花了一年的時間試圖梳理出數據。這確實需要很大的毅力。”
最終，研究小組在圓盤中發現了七種含碳分子，其中包括乙炔（C2H2）和苯（C6H6）。這種強烈的碳特徵與恆星自身圓盤的化學成分形成鮮明對比，其中存在水但不存在碳。兩個圓盤之間的化學差異揭示了這些環境的演化速度有多快——大約 200 萬年。
看看月球的形成
長期以來，科學家們一直認為木星的四顆大衛星——木衛一、木衛二、木衛三和木衛四——是由數十億年前環繞這顆年輕行星的類似圓盤形成的。它們的軌道對齊支持了這個想法。兩顆最外層的衛星，木衛三和木衛四，大約有 50% 是水冰，但可能擁有富含碳或矽等元素的岩石核心。
“我們想更多地了解太陽系如何形成衛星。這意味著我們必須看看仍在建造的其他系統。我們正在努力了解這一切是如何運作的，”庫尼奧說。 “這些衛星是如何形成的？它們的組成部分是什麼？有哪些物理過程在起作用，在什麼時間尺度上？韋伯讓我們第一次目睹了月球形成的戲劇性事件，並通過觀測研究了這些問題。”
明年，研究小組計劃利用韋伯研究更多年輕的行星系統，目標是比較有一天可能產生衛星的盤之間的物理和化學多樣性。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是世界上最重要的太空天文台，旨在以無與倫比的精度探索宇宙。它幫助科學家解開太陽系的奧秘，研究繞其他恆星運行的遙遠行星，並追踪塑造宇宙的星系。韋伯太空望遠鏡是美國國家航空航天局 (NASA)、歐洲航天局 (ESA) 和加拿大航天局 (CSA) 之間的一項國際合作項目，它將先進技術與全球合作相結合，以擴大我們對宇宙和我們所處位置的了解。
