使用美國太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的科學家們剛剛在揭示行星是如何形成的方面取得了突破性發現。透過觀測原行星盤中的水蒸氣，韋伯證實了一個物理過程，其中涉及冰包裹的固體從行星盤外部區域漂移到岩石行星區。

這張藝術家的概念圖比較了新生類太陽恆星周圍兩個典型的行星形成盤。左邊是一個緊湊的盤，右邊是一個有間隙的擴展盤。科學家最近利用韋伯望遠鏡研究了四個原行星盤–兩個緊密盤和兩個擴展盤。研究人員設計他們的觀測來測試緊湊型行星形成盤的內部區域是否比有間隙的擴展型行星形成盤有更多的水。如果緊湊型星盤中覆蓋著冰的冰卵石能更有效地漂移到靠近恆星的近距離區域，並將大量固體和水輸送到剛剛形成的、多岩石的內行星中，那麼就會出現這種情況。資料來源：NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted（STScI）

美國太空總署韋伯太空望遠鏡的發現支持了長期以來提出的行星形成過程

理論長期以來一直認為，在原行星盤寒冷的外部區域形成的冰卵石–也就是太陽系中彗星的起源區域–應該是行星形成的基本種子。這些理論的主要要求是，冰卵石應在氣態盤的摩擦作用下向恆星內側漂移，為行星提供固體和水。

這個理論的一個基本預測是，當冰卵石進入”雪線”內較溫暖的區域時–冰在這裡轉變為水蒸氣–它們應該釋放出大量的冷水蒸氣。這正是韋伯觀測到的結果。

“韋伯最終揭示了內盤水蒸氣與外盤冰卵石漂移之間的聯繫，”德克薩斯州聖馬科斯德克薩斯州立大學的首席研究員Andrea Banzatti說。”這項發現為利用韋伯望遠鏡研究岩質行星的形成開闢了令人興奮的前景！”

該圖比較了GK Tau 圓盤和擴展的CI Tau 圓盤中冷水和暖水的光譜數據，前者是一個緊湊的圓盤，沒有圓環，後者在不同的軌道上至少有三個圓環。科學團隊利用MIRI 的MRS（中解析度光譜儀）前所未有的分辨能力，將光譜分離成探測不同溫度下水的單一線條。從上圖可以看到，這些光譜清楚地顯示，與大的CI Tau盤相比，緊湊的GK Tau盤中冷水過多。下圖顯示了緊湊型GK Tau 圓盤中過量的冷水資料減去擴展型CI Tau 圓盤中的冷水資料。紫色的實際數據疊加在冷水模型光譜上。請注意它們是多麼的接近。資料來源：NASA、ESA、CSA、Leah Hustak（STScI）、Andrea Banzatti（德州州立大學）

團隊成員、紐約波基普西瓦薩學院（Vassar College）的科萊特-薩利克（Colette Salyk）解釋說：”過去，我們對行星的形成有一種非常靜態的印象，幾乎就像是有一些孤立的區域，行星就是從這些區域中形成的。現在我們確實有證據表明，這些區域可以相互影響。這也是太陽系中發生過的事情」。

研究人員利用韋伯望遠鏡的中紅外線成像儀（MIRI）研究了類太陽恆星周圍的四個星盤–兩個緊湊型，兩個擴展型。據估計，這四顆恆星的年齡都在200萬到300萬年之間，只是宇宙時間中的新生兒。

這兩個緊湊型星盤預計會經歷高效的冰卵石漂移，將冰卵石送到與海王星軌道相當的距離內。相較之下，擴盤的卵石則會保留在多個環中，最遠可達海王星軌道的六倍。

這張圖是對韋伯望遠鏡的中紅外線成像儀（MIRI）資料的解讀，中紅外線成像儀對星盤中的水蒸氣很敏感。它顯示了卵石漂移和水含量在緊湊圓盤與帶圓環和間隙的擴展圓盤之間的差異。在左側的緊湊盤中，當冰雪覆蓋的冰卵石向內漂向更靠近恆星的溫暖區域時，它們暢通無阻。當它們越過雪線時，冰變成了水蒸氣，為剛形成的岩石內行星提供了大量的水。右邊是一個擴展的圓盤，上面有環狀結構和縫隙。當冰雪覆蓋的冰卵石開始向內飛行時，許多會被縫隙擋住，困在環中。較少的冰卵石能夠穿過雪線，向圓盤內部區域輸送水。資料來源：NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted（STScI）

韋伯望遠鏡的觀測目的是確定緊湊盤內部的岩石行星區域是否具有更高的水豐度，如果卵石漂移更有效率，並向內部行星輸送大量固體物質和水，那麼就會出現這種情況。研究小組選擇使用MIRI 的MRS（中分辨率光譜儀），因為它對盤中的水蒸氣非常敏感。

研究結果證實了人們的預期，與大圓盤相比，小圓盤中的水豐度高。當卵石漂移時，只要遇到壓力凸起（壓力增加），它們就會聚集在那裡。這些壓力陷阱並不一定會阻止卵石漂移，但它們確實會阻礙漂移。這似乎就是有環和縫隙的大圓盤中發生的情況。

目前的研究提出，大行星可能會造成壓力增加的環，而卵石往往會聚集在那裡。這也可能是木星在我們太陽系中的作用–抑製冰卵石和水向我們小的、內部的、相對缺水的岩石行星輸送。

數據剛收到時，研究團隊一度對結果感到困惑。班扎蒂回憶說：”有兩個月的時間，我們一直停留在這些初步結果上，這些結果告訴我們，緊湊盤的水較冷，而大盤的水總體上較熱。這毫無意義，因為我們選擇的恆星樣本溫度非常接近。”

只有當班札蒂將緊湊盤的數據與大盤的數據重疊在一起時，答案才清晰地浮現出來： 緊湊盤的雪線內有額外的冷水，距離比海王星軌道近大約10倍。他說：”現在我們終於清楚地看到，是冷水過多了。這是史無前例的，完全歸功於韋伯更高的分辨能力！”

研究團隊的研究成果發表在11月8日出版的《天文物理學期刊通訊》。