摘要：天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜在距离地球约1.7千秒差距的NGC 6357恒星形成区发现了一个化学成分极其异常的行星形成盘。这个盘状结构在应该富含水蒸气的内部区域却充斥着大量二氧化碳，而水的含量几乎无法检测。这一发现不仅挑战了长期以来关于行星形成过程的基础

信息来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2025/08/250830001150.htm

天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜在距离地球约1.7千秒差距的NGC 6357恒星形成区发现了一个化学成分极其异常的行星形成盘。这个盘状结构在应该富含水蒸气的内部区域却充斥着大量二氧化碳，而水的含量几乎无法检测。这一发现不仅挑战了长期以来关于行星形成过程的基础理论，还可能为理解太阳系中陨石和彗星的起源提供全新视角。

传统理论遭遇重大挑战

在标准的行星形成模型中，新生恒星周围的原行星盘应该呈现出明确的化学分层结构。在距离恒星较远的寒冷区域，水以冰的形式存在于微小的尘埃颗粒表面。随着这些富含水冰的"鹅卵石"向内迁移至温度较高的区域，冰层会升华成水蒸气，因此在传统观测中，行星盘的内部区域通常显示出强烈的水蒸气光谱特征。

这幅图像由天文学家使用位于托洛洛山美洲际天文台的维克托·M·布兰科4米望远镜上的暗能量相机拍摄，捕捉到了恒星形成星云NGC 6357，该星云位于天蝎座方向，距离地球8000光年。这幅图像揭示了NGC 6357（又称龙虾星云）内部明亮的年轻恒星被翻腾的尘埃和气体云包围。图片来源：CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA、助教雷克托（阿拉斯加大学安克雷奇分校/NSF NOIRLab）、J. Miller（双子座天文台/NSF NOIRLab）、M. Zamani 和 D. de Martin（NSF NOIRLab）

然而，斯德哥尔摩大学博士生珍妮·弗雷迪亚尼领导的研究团队却观测到了完全相反的情况。她们发现这个行星盘的内部区域几乎完全被二氧化碳占据，而水的信号微弱到几乎无法检测的程度。这种极端的化学成分分布在已知的行星形成盘中是史无前例的。

弗雷迪亚尼在接受采访时表示："大多数附近的行星形成盘的内部区域以水蒸气为主，而这个盘却出奇地富含二氧化碳。事实上，这个系统中的水非常稀缺，几乎无法检测到——这与我们通常观察到的情况形成了鲜明的对比。"

极端环境塑造独特化学特征

这个异常的化学成分很可能与其所处的极端环境有关。NGC 6357是一个大质量恒星形成区，也被称为龙虾星云，位于天蝎座方向约8000光年之外。该区域充斥着来自年轻大质量恒星的强烈紫外线辐射，这种高能辐射环境可能从根本上改变了行星盘的化学演化过程。

斯德哥尔摩大学研究员阿尔扬·比克解释说："行星形成区二氧化碳含量如此之高是意料之外的。这表明，强烈的紫外线辐射——无论是来自主恒星还是邻近的大质量恒星——正在重塑行星盘的化学成分。"

在这种极端的辐射环境下，传统的化学反应路径可能被彻底改写。强烈的紫外线不仅会分解水分子，还可能促进二氧化碳的形成和积累。这种环境驱动的化学转变为我们理解不同宇宙环境下的行星形成过程提供了重要线索。

同位素指纹揭示深层奥秘

除了异常的化学成分比例外，研究团队还在韦伯望远镜的光谱数据中检测到了二氧化碳的稀有同位素变体，包括富含碳-13以及氧同位素O-17和O-18的分子。这些同位素指纹在太阳系的陨石和彗星中也有发现，长期以来一直困扰着天文学家。

这一发现可能为解释太阳系形成早期的化学过程提供关键线索。陨石和彗星中发现的异常同位素比例一直被认为是太阳系形成时原始材料的遗迹，但其确切来源和形成机制仍然是个谜。如果类似的同位素异常在其他恒星系统的行星形成过程中也会出现，那么这将有助于我们更好地理解太阳系早期的演化历史。

技术突破使发现成为可能

这项发现得益于詹姆斯·韦伯太空望远镜中红外仪器（MIRI）的卓越性能。MIRI能够观测5至28微米波长范围的中红外辐射，具有前所未有的灵敏度和分辨率。斯德哥尔摩大学和查尔姆斯理工大学的天文学家参与了MIRI仪器的开发工作，该仪器包含一台相机和一台光谱仪，还配备了专门用于系外行星观测的日冕仪。

正是这种先进的技术能力，使得天文学家能够在如此遥远的距离上详细分析行星盘的化学成分，并识别出微弱的同位素信号。相比之下，以前的红外望远镜无法提供如此精细的光谱信息。

对行星形成理论的深远影响

这一发现对现有的行星形成和演化模型提出了重大挑战。传统理论假设行星的化学成分主要由其形成时原行星盘的本地条件决定，但这个案例表明，外部辐射环境可能起到决定性作用。

海德堡马克斯·普朗克天文研究所的玛丽亚-克劳迪娅·拉米雷斯-坦努斯是"极端紫外环境"（XUE）合作项目的负责人，该项目专门研究强辐射场对行星盘化学的影响。她表示："这是一个令人兴奋的发现，它揭示了极端辐射环境如何改变行星的构成要素。由于大多数恒星，甚至可能是大多数行星，都是在这样的区域形成的，因此了解这些影响对于掌握行星大气的多样性及其宜居潜力至关重要。"

宇宙中行星多样性的新认知

这项研究的意义远远超出了对单个行星盘的观测。它提醒我们，宇宙中行星系统的多样性可能远超我们的想象。如果强辐射环境能够如此显著地改变行星形成的化学条件，那么在不同恒星环境下诞生的行星可能具有截然不同的大气成分和表面条件。

对于寻找宜居行星的努力而言，这一发现具有重要启示。传统上，科学家们倾向于在类似太阳系的安静环境中寻找类地行星，但这项研究表明，即使在极端的辐射环境下，行星形成仍然可能进行，只是产生的行星可能具有完全不同的特征。

通过将这些极端环境与更安静、更孤立的区域进行比较，研究人员正在逐步绘制出塑造新兴行星系统的环境多样性全貌。这种比较研究方法不仅有助于完善行星形成理论，还为理解太阳系在宇宙中的独特性提供了重要参考。

随着詹姆斯·韦伯太空望远镜持续的观测计划，天文学家们期待发现更多类似的异常系统，进一步揭示宇宙中行星形成过程的复杂性和多样性。这些发现将最终帮助我们回答一个根本问题：在浩瀚宇宙中，像地球这样的行星究竟有多常见？

来源：人工智能学家