大型行星形成之谜：月球盘揭示气体巨行星卫星的起源

美国国家航空航天局（NASA）/欧洲空间局（ESA）/加拿大航天局（CSA）的詹姆斯·韦伯太空望远镜首次直接测量了一个潜在的形成月球的盘的化学和物理特性，该盘环绕着一颗大型系外行星。围绕名为 CT Cha B 的行星的富碳盘，距离地球 625 光年，可能是一个月球的建造场，尽管在韦伯的数据中并未发现任何月球。

我们的太阳系包含八大行星，以及 400 多颗已知的卫星环绕着其中六颗行星。它们到底是从哪里来的呢？有多种形成方式。像围绕木星的四颗伽利略卫星这样的例子，是它们在行星形成时从环绕行星的尘埃和气体盘中凝结而成的。但这发生在超过 40 亿年前，而如今几乎没有相关证据。

韦伯现在首次直接观察到了环绕一颗大型系外行星的盘中物质。一个国际天文学家团队揭示了一个富碳盘，环绕着名为 CT Cha b 的世界，距离地球 625 光年。

这颗行星所绕的年轻恒星仅有200万年历史，仍在吸积围绕恒星的物质。然而，韦布发现的环行星盘并不属于围绕中心恒星的更大吸积盘。这两个天体之间相距740亿公里。

观察行星和卫星的形成对理解我们银河系的行星系统演化非常重要。卫星的数量可能比行星还多，有些甚至可能是我们所知的生命的栖息地。不过我们现在才刚刚进入一个能见证它们形成的时代。

这个发现有助于更好地理解行星和卫星是如何形成的。韦布的数据对于比较我们太阳系在40亿年前的诞生是非常宝贵的。

“我们可以看到伴星周围的盘的证据，而且我们可以首次研究它的化学成分。我们不仅在见证月球的形成，还在见证这个行星的形成，”华盛顿特区卡内基科学研究所的共同首席作者西耶拉·格兰特说道。

“我们正在观察哪些物质正在聚集以构建行星和卫星，”瑞士苏黎世大学的首席作者加布里埃尔·库尼奥补充道，他还是国家竞争力研究中心PlanetS的研究员。这项研究已经发表在《天体物理学杂志快报》上。

剖析星光

对CT Cha b的红外观测是通过韦布的MIRI（中红外仪器）和其中等分辨率光谱仪进行的。对韦布档案数据的初步分析揭示了围绕行星盘内存在分子的迹象，这促使研究人员对数据进行了更深入的研究。由于行星微弱的信号被宿主星的强光掩盖，研究人员不得不使用高对比度的方法来分离星光和行星光。

“我们在行星的位置上观察到了分子，因此我们知道里面有值得挖掘的东西，于是花了一年时间来提取数据。这真是需要很大的毅力，”格兰特说。

最终，团队在行星的盘上发现了七种含碳分子，包括乙炔 (C2H2) 和苯 (C6H6)。这种富含碳的化学成分与宿主星周围盘中的化学成分形成鲜明对比，研究人员在那儿发现了水，但没有碳。这两个盘之间的差异为它们在仅200万年内的快速化学演化提供了证据。

卫星的起源

围绕行星的碎片盘一直被认为是木星四大主要卫星的诞生地。这些伽利略卫星应该是在数十亿年前从这样一个扁平的盘中凝结而成，这在它们围绕木星的共面轨道上很明显。最外侧的两个伽利略卫星，甘尼美德和卡利斯托，含有50%的水冰。不过它们可能有岩石核心，可能是由碳或硅构成的。

“我们想要了解更多关于我们的太阳系是如何形成月球的。这就意味着我们需要观察其他正在形成的系统。我们试图理解这一切的运作方式，”库尼奥说。“这些月球是怎么形成的？它们的成分是什么？有哪些物理过程在起作用，时间尺度是怎样的？韦布望远镜让我们第一次能够观察到月球形成的戏剧，并通过观测来研究这些问题。”

在未来的一年里，团队将利用韦布望远镜对类似物体进行全面调查，以更好地理解年轻行星周围的盘的物理和化学特性的多样性。