太阳系起源关键即将揭晓
近期，天文学家用美国太空总署的太空望远镜，在太阳系附近发现一个年轻的恒星系，该发现可能有助于了解行星形成与演化过程。它包含两颗巨型气态行星，其中一颗的行星大气充满“沙云”，另一颗拥有能生成卫星的行星环。
天文学家自1990年代起，已检测超过5,900多个系外行星，但大多数难以用太空望远镜直接成像。另外，天文学家认为，研究年轻恒星系有助于了解行星形成与太阳系起源，因此科学家积极寻找年轻的恒星系。
这次，拥有400多年历史的爱尔兰都柏林圣三一学院（Trinity College Dublin）、美国太空望远镜科学研究所（STScI）与欧洲南方天文台（ESO）等多个大学和天文研究机构，利用美国太空总署（NASA）的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）光谱仪，发现到一个距离地球约300光年的年轻恒星系“YSES-1”拥有几个特别之处。
“YSES-1”恒星系是由一颗类太阳质量恒星，以及2颗比木星质量大上数倍的气体行星组成。科学家估计该恒星系的年龄只有1,670万年，因此认为它是一个理解太阳系的行星形成和大气演化的观察对象与机会。
该研究团队观察到，“YSES-1”恒星系与其它恒星系不同，里面的“YSES-1b”和“YSES-1c”行星正在远距离围绕着主恒星运行。
其中“YSES-b”行星与“YSES-1”恒星的距离，是太阳与地球距离的160倍左右，而“YSES-c”行星与“YSES-1”恒星的距离是320倍左右。这一距离使JWST能清晰捕捉其光谱，为研究行星大气与环境提供高解析度的宝贵资料。
他们分析“YSES-1b”与“YSES-1c”的行星光谱时，发现两者皆为气态巨大行星，而测量这些系外行星光谱，主要目的是了解它们的大气层，因为不同的分子和云粒子吸收不同波长的光，并在光谱上留下特征性的痕迹。
他们检测到“YSES-1c”质量约为木星的6倍，其行星大气除了甲烷、水、一氧化碳、二氧化碳等之外，还充满硅酸盐云层（沙子云）。这些硅酸盐是由铁辉石（FeSiO₃）或镁橄榄石（Mg₂SiO₄、MgSiO₃）组成。研究人员推测，这些“沙云”可能正在经历类似地球水循环，不仅能在空中升华与凝结，甚至还能降落成“沙雨”。
他们还检测到“YSES-1b”质量约为木星的14倍，其行星大气中发现水、一氧化碳特征，但大气温度过高，无法形成硅酸盐云。此外，“YSES-1b”拥有类似木星的行星环，环中含有丰富的硅酸盐。科学家推测“YSES-1b”的环内颗粒，可能正逐渐形成卫星，而这些颗粒可能来自先前行星的残骸。
研究人员表示，这些发现有助于理解行星形成与太阳系演化，并提供机会观察到“YSES-1b”行星是如何生成卫星。
目前，研究人员正在将这些年轻的系统与我们的太阳系进行比较，以了解太阳系的行星是如何随时间生成与变化。他们表示，目前仅有三个类似行星环被确认，且它们均比“YSES-1b”年轻的多。因此科学家提出疑问，“这个行星环，是如何维持这么长的寿命？”
他们认为，这项发现给整个研究团队带来惊喜，也显示了太阳系附近周围的星系存在着多向性，但也为行星形成与演化方式，带来了更多的谜团和复杂性。
该篇论文共同作者、都柏林圣三一学院物理学院博士后研究员埃弗特·纳塞德金（Evert Nasedkin）博士对该校新闻室表示，“YSES-1是我们在太阳系之外，目前唯一能够直接成像的系外行星系统。这些年轻行星形成时温度较高，我们透过热红外线观测其特征。”
纳塞德金博士接着说：“当我们观察体积较小、距离较远的伴星YSES-1c时，发现它的中红外光谱显示明显的硅酸盐云特征，且本质上是由沙状颗粒构成。此外，这也是迄今为止观测到的最强系外行星硅酸盐吸收讯号。”
他解释道，“我们认为这与行星相对年轻有关，通常较年轻的行星半径略大。由于年轻行星的大气较为膨胀，可能有助于云层吸收更多光。我们透过详细的建模，揭示其云层的化学成分、颗粒形状以及大小等细节。”
纳塞德金博士补充，“总的来说，这项工作显示JWST太空望远镜，在拍摄表征系外行星大气方面的惊人能力，能够为这些遥远巨行星的大气物理特性和形成过程，提供独特的见解。”
美国太空望远镜科学研究所（Space Telescope Science Institute）的贾科尼研究员基兰·霍克（Kielan Hoch）博士则表示，“这项研究在JWST太空望远镜发射前，就已规划提出。当时我们假设能透过未来望远镜上的近红外光谱仪（NIRSpec），一次捕捉2颗行星的光谱。”
图为木星与地球、月亮比大小。天文学家在太阳系附近发现一个年轻的恒星系，里面有2颗与木星相似的气态行星，但质量均比木星大上数倍。其中一颗的行星大气充满“沙云”，另一颗拥有能生成卫星的行星环。（公有领域）