北落師門(mén)系統(tǒng)

北落師門(mén)（Fomalhaut）是夜空中最明亮的恒星之一，距離地球僅約25光年。它位于南魚(yú)座（Piscis Austrinus），質(zhì)量和亮度都高于太陽(yáng)，并且周?chē)h(huán)繞著多條由塵埃碎片構(gòu)成的環(huán)帶。

2004年和2006年，哈勃望空間遠(yuǎn)鏡在北落師門(mén)周?chē)l(fā)現(xiàn)了一個(gè)點(diǎn)狀光源，該光源在天空中的運(yùn)動(dòng)與恒星本身一致。天文學(xué)家將其命名為北落師門(mén)b（Fomalhaut b）。對(duì)于北落師門(mén)b的性質(zhì)，天文學(xué)家員提出了兩種解釋?zhuān)?/p>

• 它可能是一顆被塵埃環(huán)繞、通過(guò)反射恒星光芒而被觀測(cè)到的系外行星；

• 也可能是一團(tuán)由星子發(fā)生碰撞后形成的正在不斷擴(kuò)散的塵埃云。

然而，在2023年的哈勃觀測(cè)中，北落師門(mén)b卻消失了，取而代之的是在北落師門(mén)周?chē)囊粋€(gè)相近位置上，出現(xiàn)了一個(gè)新的點(diǎn)狀光源。他們將這個(gè)新天體稱(chēng)為“星周源2”（cs2），并將北落師門(mén)b重新命名為“星周源1”（cs1）。

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的這幅合成圖像顯示了北落師門(mén)周?chē)乃樾辑h(huán)以及塵埃云cs1和cs2。為突出較暗的結(jié)構(gòu)特征，北落師門(mén)恒星本身被遮擋，其所在位置以白色星標(biāo)示。（圖/NASA, ESA, Paul Kalas (UC Berkeley); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)）

不久前，一項(xiàng)發(fā)表在《科學(xué)》雜志的研究表明，cs2其實(shí)是由星子之間的猛烈碰撞所產(chǎn)生的塵埃云。而cs2的出現(xiàn)，也使得“cs1同樣源自星子碰撞”的解釋更具說(shuō)服力。研究人員將cs1和cs2共同解讀為北落師門(mén)行星系統(tǒng)中存在持續(xù)碰撞過(guò)程的觀測(cè)證據(jù)。

一座碰撞的天然實(shí)驗(yàn)室

碰撞是行星系統(tǒng)演化過(guò)程中至關(guān)重要的一環(huán)。過(guò)去，已經(jīng)有研究在太陽(yáng)系中直接觀測(cè)到類(lèi)似的碰撞碎片，但在系外行星系統(tǒng)中，目前主要獲得的是關(guān)于碰撞的間接證據(jù)。

因此，這次的觀測(cè)結(jié)果令人興奮。研究人員可以利用這兩次碰撞事件來(lái)估算碰撞率、所產(chǎn)生塵埃顆粒的質(zhì)量，以及所涉及星子的大小——而這些信息幾乎不可能通過(guò)任何其他方式獲得。

北落師門(mén)恒星周?chē)鷫m埃云cs2形成的藝術(shù)構(gòu)想圖：在圖示的第1個(gè)階段中，北落師門(mén)位于畫(huà)面的左上角，右下角的兩個(gè)白點(diǎn)代表繞其運(yùn)行的兩個(gè)大質(zhì)量天體；在第2個(gè)階段，這兩個(gè)天體逐漸相互接近；第3個(gè)階段顯示了它們之間發(fā)生的劇烈碰撞；在第4個(gè)階段，碰撞產(chǎn)生的塵埃云cs2變得清晰可見(jiàn)，同時(shí)恒星光壓將塵埃顆粒向遠(yuǎn)離恒星的方向推移。（圖/NASA, ESA, STScI, Ralf Crawford (STScI)）

估算結(jié)果表明，發(fā)生碰撞的星子直徑至少約為60千米——這至少是6600萬(wàn)年前撞擊地球、導(dǎo)致恐龍滅絕的那顆天體的四倍之大。同時(shí)，研究人員推斷，在整個(gè)北落師門(mén)系統(tǒng)中，大約有3億個(gè)這樣的天體在軌道上運(yùn)行。

這個(gè)系統(tǒng)就像一個(gè)天然實(shí)驗(yàn)室，讓天文學(xué)家得以研究星子在發(fā)生碰撞時(shí)的行為方式，而這些行為反過(guò)來(lái)又能透露，這些天體是由什么構(gòu)成的，以及它們最初是如何形成的。

不過(guò)，關(guān)于為什么這兩團(tuán)碎片云在空間上會(huì)如此接近，目前仍是一個(gè)未解之謎。如果星子之間的碰撞是隨機(jī)發(fā)生的，那么cs1和cs2理應(yīng)偶然出現(xiàn)在彼此無(wú)關(guān)的位置。然而，事實(shí)卻是，它們沿著北落師門(mén)外側(cè)碎屑盤(pán)的內(nèi)緣，異常接近地分布在同一區(qū)域。

另外，先前的理論認(rèn)為，這類(lèi)碰撞大約每10萬(wàn)年才會(huì)發(fā)生一次，甚至更為罕見(jiàn)。而cs1和cs2卻發(fā)生在約20年的時(shí)間尺度上。這便引發(fā)了另一個(gè)謎團(tuán)：為什么科學(xué)家會(huì)在如此短的時(shí)間尺度內(nèi)，連續(xù)目睹這兩次這樣的事件？

警示意義與未來(lái)觀測(cè)

北落師門(mén)cs1和cs2的瞬變特性，為未來(lái)計(jì)劃通過(guò)直接成像尋找系外行星的太空任務(wù)提出了新的挑戰(zhàn)。類(lèi)似cs1和cs2這樣的塵埃云，可能會(huì)被誤判為真正的行星。

接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)用哈勃空間望遠(yuǎn)鏡在未來(lái)三年內(nèi)持續(xù)監(jiān)測(cè)cs2。他們希望觀察它的演化過(guò)程——它會(huì)逐漸變暗，還是反而變得更亮？由于cs2比cs1更靠近碎屑帶，正在膨脹的cs2塵埃云更有可能開(kāi)始與碎屑帶中的其他物質(zhì)發(fā)生相互作用。這種相互作用可能引發(fā)塵埃的“雪崩式”增長(zhǎng)，從而使整個(gè)周?chē)鷧^(qū)域整體變亮。

他們還計(jì)劃使用韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）上的近紅外相機(jī)（NIRCam）對(duì)cs2進(jìn)行觀測(cè)。NIRCam能夠提供精細(xì)的顏色信息，從而揭示塵埃云中顆粒的尺寸及其化學(xué)組成，甚至可以判斷其中是否含有水冰。

目前，哈勃和JWST是唯一具備這種成像能力的天文觀測(cè)設(shè)施。哈勃主要在可見(jiàn)光波段工作，而JWST則可以在紅外波段觀測(cè)cs2。這些彼此互補(bǔ)的觀測(cè)波段，對(duì)于開(kāi)展全面的多波段研究至關(guān)重要，也將幫助天文學(xué)家更完整地理解這個(gè)神秘且快速演化的北落師門(mén)行星系統(tǒng)。

#參考來(lái)源：

https://science.nasa.gov/missions/hubble/nasas-hubble-sees-asteroids-colliding-at-nearby-star-for-first-time/

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu6266

https://www.mpg.de/24357906/fomalhaut-dust-clouds-through-collisions?c=2249

https://www.forbes.com/sites/jamiecartereurope/2025/12/31/nasas-hubble-sees-baby-planets-colliding-around-a-famous-star/

#圖片來(lái)源：

封面圖&首圖：Thomas m&umumler (HdA/MPIA) - CC BY 4.0