哈勃130108 — 揭示北落师门b的游荡轨道

2013.1.8：哈勃太空望远镜新近拍摄了拥有庞大尘埃碎屑盘的邻近恒星北落师门（南鱼座α），确证了那个环绕它公转的神秘行星，并可能揭示该巨行星破坏整个尘埃盘的铁证。天文学家团队惊讶于碎屑带从离母恒星150天文单位（AU）延伸到210AU，其宽度超过以前预期。更惊人的是，天文学家团队借助最新的哈勃图像计算出它的轨道是一个不常见的椭圆形，使得它可能进入广袤的尘埃环并造成破坏。

哈勃太空望远镜成像光谱仪（STIS）拍摄的北落师门图像，本图带有标注和叠加，以便大家更好地理解。大图下载：3.9MB，版权：NASA，ESA，STScI，原作者，下同。

哈勃太空望远镜新近拍摄了拥有庞大尘埃碎屑盘的邻近恒星北落师门（双鱼座α），确证了那个环绕它公转的神秘行星，并可能揭示该巨行星破坏整个尘埃盘的铁证（法庭证据）。

天文学家团队惊讶于碎屑带从离母恒星150天文单位（AU）延伸到210AU，其宽度超过以前预期。更惊人的是，天文学家团队借助最新的哈勃图像计算出它的轨道是一个不寻常的椭圆形，使得它可能进入广袤的尘埃环并造成破坏。

不带标注的原始图像，图中的黑影是STIS的星冕仪遮蔽了主星，大量的射线状光芒是主星的剩余衍射效应。图像中另外几个明亮的点是遥远的恒星，用于对准不同时期的照片。大图下载：2.7MB。

这颗编号北落师门b的行星，离母恒星的近星点约为50AU（74亿公里），远星点达290AU（430亿千米），该轨道是根据哈勃2012年获得的最新图像重新计算的结果。团队领导、加利福尼亚州山景城搜索地外文明计划（SETI）研究所兼加州大学伯克利分校的保罗?卡拉斯（Paul Kalas）：“我们颇为惊讶——北落师门b的近星点比我们预期的近3倍，它现在正处于远离母恒星的轨道。”

由卡拉斯领导的团队推测这间接证明了北落师门系统还存在其他的行星类天体，它的引力导致b行星运行于如此的高偏心率轨道。

2013.1.8，在加利福尼亚州长滩市召开的第221届全美天文学大会上，他的团队公布了本发现。

2004、06年，哈勃ACS的HRC通道拍摄的北落师门b图像（上）对比和2012年STIS拍摄的图像对比（下），从中可以看出行星b的运动轨迹。也正是哈勃的超级分辨率，使得这颗行星的存在再无疑义。

为了解释北落师门b长达2000年的轨道周期，天文学家提出了多个假设。其中之一是另一个未发现的巨行星的引力（弹弓）作用导致它的轨道穿过了外尘埃带（相当于太阳系的柯伊伯带）。按照研究合作者、美国宇航局（NASA）戈达德太空飞行中心的Mark Clampin 的说法： “（巨）行星之间会发生引力散射，结果一个趋近母恒星成为热木星，另一个就变成本例中的长周期外行星。”

哈勃还发现，围绕北落师门的冰屑带有一条缝隙，研究者认为这可能是另一个未发现的行星造成的。Kalas解说：“哈勃的精细图像显示尘埃带并不规整，这强烈刺激了存在更多行星的研究。”

北落师门行星和尘埃盘系统示意图。图中的文字分别是内盘、主尘埃带、主带缝、主带晕。b行星正在接近主带缝。大图下载：1.8MB。

Kalas继续解释：“假如北落师门b的轨道与尘埃带在同一个平面，那么行星将在远行中于2032年抵达尘埃带。当它穿过尘埃带时，冰块和碎石将撞入行星大气层，产生宇宙烟火，就像苏梅克-列维9号彗星撞击木星一样。但假如两者的轨道并不同面，我们将看不到任何预期的景象，只能看到它随着逐渐远离恒星而变得越来越暗。”

卡拉斯假设北落师门b的异常轨道是它在可见光波段非常明亮而红外波段异常暗淡的关键原因。因为行星的质量范围可能从冥王星直到木星这么宽，但它的可见光亮度主要来自其光环或其周围包裹的尘埃盘反射的星光。每隔千年，当b行星穿过主尘埃带时，引力将导致它的卫星经历大量的撞击，并迅速形成大量的尘埃。Kalas解说：“卫星，比如土星吧，它有一个巨大但极薄的光环，其中的很多尘埃、碎片是流星体撞击外围的土卫九产生的。”

团队还假设了另一种可能的灾难事件：一颗矮行星与b行星相撞。卡拉斯介绍说：“该方案能解释为何北落师门拥有一条狭窄的外尘埃环，还有一个极端轨道的行星。但这种情况下环带必须很年轻——少于1万年；对一颗离最年轻时代较远的恒星系统而言，产生此类撞击很难。”

2010年，虽然当年的STIS拍摄的图像存在较大误差带，但还是有研究者由此确定其轨道为长椭圆形。当然因为误差，轨道可能有两种模式：实线偏心率0.25，虚线0.19。

通过对哈勃先前观测数据的研究，此前已经有两篇报告确证北落师门b行星是存在的（译注）。

卡拉斯总结道：“北落师门是个特殊的系统，它很像我们太阳系40亿年前的景象。行星系统的整体图景正在重建，尘埃带正在演化，行星可能变大也可能失去它们的卫星。” 天文学家将继续观测北落师门b数十年，因为它可能提供了一个行星进入冰屑带（类似太阳系外围的柯伊伯带）的观测机会。

译注：北落师门是颗年轻的主序星，大约有4.4亿岁，而它的质量为太阳的1.92倍（该数据刚刚于2012.7修正，以前是2亿岁、2.1倍），光度达15倍，所以其主序星时代大概只能维持13亿年。考虑到太阳系的后期重轰炸时代离太阳诞生达6亿年，现在的北落师门大概相当于太阳系当年的重轰炸时代的玩期。本文中之所以要特意说明b行星在红外比较暗，是因为这颗行星就是本文第一作者的团队最初发现的，然而加州理工大学的斯皮策团队在2010~2011年的观测中却没有发现。如此就产生了争议。另外天文学家们动用了全球各种顶级望远镜观测该系统，比如ALMA的观测信息在此。北落师门：25.1光年

双鱼座α在星座中的定位。