科学家拍到行星形成初始阶段，助力破解行星起源之谜

她叫梅利莎·麦克卢尔（Melissa McClure），在美国拿到博士学位，目前在荷兰工作。她叫雷尔·范特霍夫（Merel van't Hoff），在荷兰拿到博士学位，目前在美国工作。她们的个人经历有着惊人的互补性，与此同时她们都是天文学家，并在最近一起携手首次见证了一个新太阳系的诞生。

当地时间 7 月 16 日，麦克卢尔和范特霍夫以及合作者在一篇Nature论文中报告称，他们首次“拍摄”到太阳系诞生过程，罕见地捕捉到了“婴儿恒星”周围行星形成的初始阶段，首次精准定位了太阳系外某颗恒星周围行星开始形成的具体时刻，发现了一个处于形成最初阶段的太阳系外行星系统。

长期以来，科研界一直期盼能在其他地方找到太阳系的“婴儿版本”，以便帮助人类了解太阳系的早期起源。而本次研究团队通过使用欧洲南方天文台参与建设的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列，以及使用由美国航空航天局、欧洲航天局和加拿大国家航天局联合研发的詹姆斯·韦伯太空望远镜，将目光聚焦在距离地球 420 秒差距（parsec，是天文学中用来测量恒星间距离的单位）的年轻恒星 HOPS-315 上，并发现此时它正处于一个最激动人心的时刻：行星形成期。

也就是说，他们首次捕捉到了行星形成初始物质的诞生过程，同时发现这些炽热的矿物正处于凝固起始阶段。由于本次所观测到的系统，与太阳系刚刚开始形成时的样子相似，因此研究人员将此次发现比作是“太阳系婴儿时期的照片”。这一发现标志着人类首次确认了行星系统形成的早期阶段，并为人类了解太阳系的过去打开了一扇窗。

前文提到的 HOPS-315 是一颗位于猎户座的原恒星（即“婴儿恒星”），距离人类大约 1300 光年，其特性与早期的太阳相似。研究团队之随意将注意力集中在 HOPS-315 上，是因为在其周围探测到了结晶硅酸盐矿物，而这便是早期行星形成的明显标志。据介绍，此次针对 HOPS-315 恒星周围矿物聚集过程的“零时刻”观测，在科学史上尚属首次。与此同时，研究团队还发现了一个“明确的、确凿的”迹象，表明人类正在见证行星形成的最早期阶段。

行星的形成过程是这样的：在围绕新生恒星旋转的炽热气体和尘埃盘中，矿物颗粒先进行凝结，然后聚集在一起。HOPS-315 之所以引人注目，是因为它的朝向让人们能够观测到它周围的气体和尘埃盘。而这种景象十分罕见，因为新生恒星喷射出的气流（即“外流”）通常会遮挡住炽热的星盘，使其无法被观测到，但是 HOPS-315 的星盘却完全清晰可见。

在这些婴儿恒星周围，人们经常会看到被称为“原行星盘”的气体和尘埃盘，它们是孕育新生行星的摇篮，而此次发现的新生行星系统正在 HOPS-315 周围形成。研究团队指出，虽然人们此前已经观测到含有新生类木行星的质量巨大的年轻星盘，但是他们认为行星的第一批固态组成部分即星子必须在更早的时间以及更早的阶段形成。需要说明的是，这里的星子（Planetesimal）是指行星形成过程中早期出现的固态小天体，也是构建行星的“基石”。

在太阳系中，在地球目前围绕太阳的位置附近，人们发现最早凝结的固体物质被封存在古老的陨石中。如前所述，本次研究中研究团队通过测定这些原始岩石的形成年代，最终确定了太阳系诞生的“起始时刻”。这类陨石中富含结晶矿物，其中就包括一氧化硅。一氧化硅能在年轻行星盘所处的极高温度环境下凝结。随着时间的推移，这些新凝结的固态物质会相互结合，在不断增大体积和增加质量的过程中，为行星的形成开启先河。太阳系中第一批千米大小的星子，也就是后来成长为地球或木星核心等行星的物质，正是在这些结晶矿物凝结之后形成的。

通过本次新发现，研究团队找到了一些证据，借此证明 HOPS-315 周围的星盘中，这些炽热的矿物正开始凝结。而一氧化硅则以气态形式存在于婴儿恒星周围，同时也存在于这些结晶矿物中，这表明它才刚刚开始固化。

一位来自国内的天文学家告诉 DeepTech，在太阳系中，比较靠近太阳的几个行星都叫岩石行星。而远离太阳的比如木星、土星它们的主要的成分是氢和氦这些气体。有一些理论认为在恒星形成的时候，靠近恒星的里圈比较热，那么就会把一些熔点较低的、气化点较低的气体挥发掉。保留下来的气体最后能够冷凝形成一些耐高温的物质，比如硅和铝等材料。同样的，人们据此设想其他一些恒星周围的行星可能也存在类似的过程。而本次研究团队观测到了太阳系附近的一个比较年轻的恒星，并看到恒星周围有一个盘，他们推测其中所含有的物质类似于地球上硅之类的比较难熔的耐高温物质，因此这个状态非常类似于太阳系刚刚形成时候的状态。这样一来，通过研究这种恒星就可以了解太阳系形成的过程。毕竟，天文学家之前虽然推测了地球以及水星、金星、火星的形成过程，但是这只是一种推测，而依托于本次成果就可以直接看到形成的过程。

如前所述，这些矿物质最初是使用詹姆斯·韦伯太空望远镜进行识别的。为了查明信号的确切来源，研究团队使用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列对该系统进行了观测。前文提及的国内天文学家表示，对于本次观测的恒星来说，虽然距离地球算是比较近的行星，但是这个距离依然相当遥远。人眼看过去就像一个小点儿一样，因此需要具备极高分辨率的望远镜，把它中间的恒星发出来的光和它周围的盘发出的光给区分开，只有这样才能实现这种探测。

而基于这些观测数据，本次研究团队最终确定：这些化学信号源自恒星周围星盘的一个小区域，其轨道半径与太阳系小行星带相当（约 2-3 天文单位）。这些矿物质在太阳系外行星系统的同一位置，与天文学家在太阳系小行星中看到它们的位置相同。

基于此，HOPS-315 星系盘为研究人类自身的宇宙历史提供了一个绝佳的类比对象。研究团队认为，这个系统是人类所知的最佳系统之一，故能真实地探测太阳系中发生的一些过程。由于它可以充当银河系中新生太阳系的替代品，因此它还能为人们提供一个研究早期行星形成的新机会，也就是说 HOPS-315 可用于了解太阳系的形成过程。尽管人们已经通过研究古老陨石即通过研究太阳系形成时遗留的残骸拼凑出了太阳系的起源历程，但是本次这种新的“动态快照”能够提供全新的见解。

另据悉，担任本次论文第一作者兼通讯作者的梅利莎·麦克卢尔（Melissa McClure）是荷兰莱顿大学的的助理教授。其本科和博士分别毕业于美国罗彻斯特大学和美国密歇根大学，此后她先后在欧洲南方天文台以及荷兰阿姆斯特丹大学从事博士后研究。她的主要研究方向是通过观测与建模，追踪生命的固态构成单元如何从其在致密分子云中的起源，逐步演化并融入原行星盘内的星子及年轻原行星中。通过这些研究，她希望能为解答“地球是如何形成的？”以及“我们是宇宙中唯一的生命吗？”等问题贡献力量。

本次论文的另一位主要作者雷尔·范特霍夫（Merel van't Hoff）目前是美国普渡大学的助理教授。其本科毕业于荷兰代尔夫特理工大学，硕士和博士均毕业于荷兰莱顿大学，后在密歇根大学从事博士后研究。目前，她致力于通过结合分子谱线观测、简单化学建模以及辐射传输理论，研究那些仍被诞生它们的云团物质包层所包裹的年轻原恒星盘，希望借此揭示行星形成的初始条件。

未来，他们希望能够更深入地了解 HOPS-315 系统，包括了解它的结构、温度以及可能在其内部游动的其他分子。通过这种精细化的特征描述，他们希望可以预测该行星系统如何从“青少年时期”逐步发育成熟，直至进入“成年时期”。

参考资料：

https://www.nature.com/articles/d41586-025-02245-y

https://www.universiteitleiden.nl/en/news/2025/07/for-the-first-time-astronomers-witness-the-dawn-of-a-new-solar-system

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09163-z

https://www.universiteitleiden.nl/en/staffmembers/melissa-mcclure#tab-1

https://www.mkmcclure.com/

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