北落師門系統(tǒng)

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

2004年和2006年，哈勃望空間遠鏡在北落師門周圍發(fā)現(xiàn)了一個點狀光源，該光源在天空中的運動與恒星本身一致。天文學家將其命名為北落師門b（Fomalhaut b）。對于北落師門b的性質(zhì)，天文學家員提出了兩種解釋：

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

• 也可能是一團由星子發(fā)生碰撞后形成的正在不斷擴散的塵埃云。

然而，在2023年的哈勃觀測中，北落師門b卻消失了，取而代之的是在北落師門周圍的一個相近位置上，出現(xiàn)了一個新的點狀光源。他們將這個新天體稱為“星周源2”（cs2），并將北落師門b重新命名為“星周源1”（cs1）。

哈勃空間望遠鏡的這幅合成圖像顯示了北落師門周圍的碎屑環(huán)以及塵埃云cs1和cs2。為突出較暗的結(jié)構特征，北落師門恒星本身被遮擋，其所在位置以白色星標示。（圖/NASA, ESA, Paul Kalas (UC Berkeley); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)）

不久前，一項發(fā)表在《科學》雜志的研究表明，cs2其實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”的解釋更具說服力。研究人員將cs1和cs2共同解讀為北落師門行星系統(tǒng)中存在持續(xù)碰撞過程的觀測證據(jù)。

一座碰撞的天然實驗室

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

因此，這次的觀測結(jié)果令人興奮。研究人員可以利用這兩次碰撞事件來估算碰撞率、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任何其他方式獲得。

北落師門恒星周圍塵埃云cs2形成的藝術構想圖：在圖示的第1個階段中，北落師門位于畫面的左上角，右下角的兩個白點代表繞其運行的兩個大質(zhì)量天體；在第2個階段，這兩個天體逐漸相互接近；第3個階段顯示了它們之間發(fā)生的劇烈碰撞；在第4個階段，碰撞產(chǎn)生的塵埃云cs2變得清晰可見，同時恒星光壓將塵埃顆粒向遠離恒星的方向推移。（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6600萬年前撞擊地球、導致恐龍滅絕的那顆天體的四倍之大。同時，研究人員推斷，在整個北落師門系統(tǒng)中，大約有3億個這樣的天體在軌道上運行。

這個系統(tǒng)就像一個天然實驗室，讓天文學家得以研究星子在發(fā)生碰撞時的行為方式，而這些行為反過來又能透露，這些天體是由什么構成的，以及它們最初是如何形成的。

不過，關于為什么這兩團碎片云在空間上會如此接近，目前仍是一個未解之謎。如果星子之間的碰撞是隨機發(fā)生的，那么cs1和cs2理應偶然出現(xiàn)在彼此無關的位置。然而，事實卻是，它們沿著北落師門外側(cè)碎屑盤的內(nèi)緣，異常接近地分布在同一區(qū)域。

另外，先前的理論認為，這類碰撞大約每10萬年才會發(fā)生一次，甚至更為罕見。而cs1和cs2卻發(fā)生在約20年的時間尺度上。這便引發(fā)了另一個謎團：為什么科學家會在如此短的時間尺度內(nèi)，連續(xù)目睹這兩次這樣的事件？

警示意義與未來觀測

北落師門cs1和cs2的瞬變特性，為未來計劃通過直接成像尋找系外行星的太空任務提出了新的挑戰(zhàn)。類似cs1和cs2這樣的塵埃云，可能會被誤判為真正的行星。

接下來，研究團隊將繼續(xù)用哈勃空間望遠鏡在未來三年內(nèi)持續(xù)監(jiān)測cs2。他們希望觀察它的演化過程——它會逐漸變暗，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，從而使整個周圍區(qū)域整體變亮。

他們還計劃使用韋布空間望遠鏡（JWST）上的近紅外相機（NIRCam）對cs2進行觀測。NIRCam能夠提供精細的顏色信息，從而揭示塵埃云中顆粒的尺寸及其化學組成，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設施。哈勃主要在可見光波段工作，而JWST則可以在紅外波段觀測cs2。這些彼此互補的觀測波段，對于開展全面的多波段研究至關重要，也將幫助天文學家更完整地理解這個神秘且快速演化的北落師門行星系統(tǒng)。

#參考來源：

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/

#圖片來源：

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