水對於我們所知的生命至關重要。然而，水是如何到達地球的，以及同樣的過程是否能為環繞遙遠恆星運行的岩質系外行星播下種子，這些仍然是科學界爭論的話題。位於370 光年之外的PDS 70 行星系的新發現可能會讓這些爭論受益匪淺。這個恆星系統包括一個由氣體和塵埃組成的內盤和外盤，中間相隔50 億英里（或80 億公里），兩顆已知的氣體巨行星就位於這個空隙之中。

美國國家航空航天局（NASA）詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的中紅外儀器（MIRI）收集到的新數據探測到了該系統內盤的水蒸氣，距離恆星不到1億英里（1.6億公里）–這正是岩質陸地行星可能形成的區域。(值得注意的是，這是首次在一個已被證實擁有兩顆或更多原行星的圓盤的陸地區域檢測到水。

“我們曾在其他星盤中看到過水，但沒有在如此近距離和目前正在形成行星的系統中看到過水。在韋伯望遠鏡之前，我們無法進行這種測量，”第一作者、德國海德堡馬克斯-普朗克天文學研究所（MPIA）的朱莉婭-佩羅蒂（Giulia Perotti）說。

“這一發現極其令人興奮，因為它探測到了與地球類似的岩質行星通常形成的區域，”該論文的共同作者、馬克斯-普朗克天文學研究所所長托馬斯-亨寧補充說。亨寧是韋伯中紅外探測器（MIRI）的聯合首席研究員，該探測器進行了探測，他也是採集數據的MINDS（MIRI中紅外盤巡天）計劃的首席研究員。

利用韋伯中紅外光譜儀（MIRI）獲得的PDS 70 的原行星盤光譜顯示了許多水蒸氣發射線。科學家們確定，水位於該系統的內盤，距離恆星不到1億英里–該區域可能正在形成岩質的類地行星。資料來源：NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted（STScI）

PDS 70是一顆K型恆星，比太陽溫度低，估計年齡為540萬年。就具有行星形成盤的恆星而言，這顆恆星的年齡相對較大，因此水蒸氣的發現令人吃驚。

隨著時間的推移，行星形成盤中的氣體和塵埃含量會逐漸減少。要么是中心恆星的輻射和風將這些物質吹走，要么是塵埃長成更大的物體，最終形成行星。由於之前的研究未能在類似老化的星盤中心區域探測到水，天文學家懷疑水可能無法在嚴酷的恆星輻射中存活，從而導致形成岩石行星的環境變得乾燥。

天文學家尚未在PDS 70 的內盤中探測到任何正在形成的行星。不過，他們確實看到了以矽酸鹽形式存在的建造岩石世界的原材料。水蒸氣的探測意味著，如果岩質行星正在那裡形成，那麼它們從一開始就有水可用。

“我們發現了相對較多的小塵粒。結合我們對水蒸氣的探測，內盤是一個非常令人興奮的地方，”合著者、荷蘭拉德布德大學的倫斯-沃特斯（Rens Waters）說。

這些水的起源於哪裡？

這一發現提出了水從何而來的問題。MINDS小組考慮了兩種不同的情況來解釋他們的發現。

一種可能是，水分子是在氫原子和氧原子結合時在我們探測到的地方形成的。第二種可能是，包裹著冰的塵埃粒子正從低溫的外盤被傳送到高溫的內盤，在那里水冰昇華並變成水蒸氣。這種運輸系統將是令人驚訝的，因為塵埃必須穿過兩顆巨行星所形成的巨大空隙。

這一發現提出的另一個問題是，在恆星的紫外線照射下，任何水分子都會被擊碎，那麼水是如何在如此靠近恆星的地方存活下來的呢？最有可能的是，周圍的物質如塵埃和其他水分子起到了保護作用。因此，在PDS 70 內盤探測到的水可以在被破壞後存活下來。

最終，研究小組將使用韋伯望遠鏡的另外兩台儀器–NIRCam（近紅外照相機）和NIRSpec（近紅外攝譜儀）來研究PDS 70系統，以求獲得更深入的了解。

這些觀測是第1282 號保證時間觀測計劃的一部分。這一發現已發表在《自然》雜誌上。