揭露太空造星奧秘

　　在過去很長時間里，唯一可供天文學家研究的星系只有人類所處的太陽系。然而，美國航空航天局投入使用的斯皮策空間望遠鏡卻開辟出更廣闊的視野。運行僅僅數月之后，斯皮策空間望遠鏡就超出了創建者最樂觀的預期：它不僅找出了新生行星的明顯證據，而且向人們揭示出行星形成過程中奇異的奧秘，其隨意和千奇百怪的程度遠遠超乎任何人的想象。
　　“造星假說”受到沖擊
　　天文學家在很久之前就提出了制造行星的基本方法。這種方法最簡單不過：拿一團星際分子云輕輕搖動，再等各種成分的運動平息下來。氣體和塵埃開始在自身重力的作用下坍縮，大量物質向中心聚集，形成了恒星的雛形。然而，初始星云的任何微小旋轉在收縮過程中都會明顯放大。旋轉運動會將物質壓成一個氣體和塵埃構成的圓盤，在100萬年間向內旋轉并降落在新生恒星上。圓盤里剩下的物質開始形成行星。這一過程清楚地解釋了為何我們太陽系的所有行星都以同樣的方向旋轉，并且軌道幾乎在一個平面上。
　　以上的說法都明晰合理，但要解釋行星如何從恒星剩余物中形成則很棘手。人們提出了很多行星形成的詳細理論，但大多以大量假設為基礎，很難分辨哪個理論符合真實世界的情況。亞利桑納大學的天文學家喬治·里克說：“我們真正需要的是約束，令這些理論跳出幻想的范疇。”
　　然而，這些假說在20世紀90年代受到了沖擊，因為天文學家首次發現太陽系外還有行星在圍繞其他恒星運行。出乎所有人意料的是，這些星系與我們的太陽系截f019f9374f542beb7b4c78e9c427caf3然不同：很多星系有所謂的“熱木星”，也就是軌道距離恒星極近的龐大氣體行星，溫度超過540℃；還有很多新發現的行星以高度橢圓的軌道運行，有時距離恒星很近，有時又非常遠，這也與太陽系行星通常接近圓形的軌道不同。
　　研究者以前認為，行星自形成之后位置就不再變化，但“熱木星”的存在表明，在行星生命早期，軌道常常會劇烈變化。大行星可能在一開始距離恒星比較遠，然后由于引力作用呈螺旋狀靠近。這種軌道改變可能毀滅已經形成的像地球這樣的小型行星，因為向內運動的大行星會像保齡球撞倒球瓶一樣摧毀小行星。因此，行星形成的時間和體積——快還是慢、大還是小——至關重要。電腦模擬顯示，小型的陸地行星很可能形成比較慢，但這些也只是推測。里克說：“它到底要花多長時間?1000年還是1000萬年?理論學家可能會元休止地爭論下去。我們需要的是正在形成行星的真實星系的真實數據。”而這些數據，正是斯皮策空間望遠鏡每天所獲得的。
　　初顯身手
　　有很長一段時間，科學家一直懷疑斯皮策空間望遠鏡到底能不能由圖紙付諸現實。這個想法是在20世紀70年代末期提出的，最初的理念是在宇宙飛船上建立一座紅外觀測臺。歷經數十年，“斯皮策”的基本任務始終如一：通過觀測紅外線來加深對宇宙的了解。這種射線很適于研究那些不像太陽和其他恒星一樣烈焰熊熊的物體，因為它們基本不發出可見光，卻釋放大量紅外線。更重要的是，紅外線能有效穿透塵云，因此我們能對太空中的隱蔽地區一覽無余。
　　2003年8月25日，耗資7億美元的斯皮策空間望遠鏡搭乘火箭升空了。不久之后，它就為研究者提供了一項重大發現。羅徹斯特大學的天文學家丹·沃特森負責將攝譜儀得到的新恒星“Cohen-Kuhi4”的長波和短波數據結合起來，這顆恒星屬于金牛星座，距離地球420光年。光譜能顯示恒星以不同波長釋放能量的多少，每個波長對應一種溫度。恒星本身會形成單峰值的光譜，大量能量集中在熾熱的短波上；環繞恒星的低溫塵埃盤會釋放出很多長波紅外線，在光譜中形成另一個峰值。但沃特森看到的與兩種模式都不相符。顯然這是一顆年輕的恒星，在它周圍有低溫塵埃盤，但是有什么東西將塵埃盤的紅外信號“咬”掉了一大塊。
　　沃特森說：“塵埃盤內環部分釋放的光完全消失了。我立即想到這意味著什么。”他將數據整理好，傳送給了比爾·福雷斯特。福雷斯特說：“我立刻知道我們發現了一顆行星。如果塵埃盤有一部分消失了，一定是有什么東西把它清除掉了。一顆巨大行星形成后不久，它的引力會在塵埃盤中掃蕩出一個環狀孔洞。‘Cohen-Kuhi4’周圍的縫隙很可能就是這樣形成的。”
　　“Cohen-Kuhi4”處于演化的初期，這個階段在以前沒有人詳細觀察過。沃特森和福雷斯特研究之后得出結論，這顆恒星和塵埃盤大約有100萬年的歷史，幾乎是已知出現大洞的恒星系統年齡的1／10。天文學家第一次得到證據證實，恒星形成可以是一個很快的過程。從華爾茲到搖擺舞
　　但發現“Cohen-Kuhi4”的環形洞還只是故事的開始。從那以后，科學家又發現了一些類似的塵埃盤和很多年輕的其他恒星。
　　他們從這些觀察數據中得出的結論是：行星形成過程“有快有慢”。斯皮策空間望遠鏡研究的塵埃盤的平均年齡有1億年，是“Cohen-Kuhi4”周邊行星形成時間的100倍左右，這令剛剛推斷行星會以極快速度形成的天文學家大為驚訝。他們本來以為，行星在迅速形成的過程中會用光周圍的物質令塵埃盤迅速消失。但斯皮策空間望遠鏡的觀測結果表明，塵埃盤的存在時間以及后期的行星形成過程可能要長得多。
　　塵埃盤不可能是最初的物質，因為最初的物質會在很早之前落到恒星上，年齡比較大的恒星周圍聚集這么多塵埃的唯一途徑是大型碰撞。肯定有比較大的星體自塵埃盤中形成，隨后又和另一個發生碰撞。里克指出，行星在變得完全成熟之前有漫長曲折的路要走，即使在非常老的星系中，大型碰撞仍在繼續。
　　任何一個重要的新設備啟用之后，科學理論和實際觀察之間的舞蹈總是從典雅的華爾茲變成混亂的搖擺舞。僅僅在進入軌道1年多之后，斯皮策空間望遠鏡已經大大加快了星體形成研究的步伐，令很多科學家不知所措。“斯皮策”逐步暴露出天文學家對正在外太空形成的新世界——甚至可能有適宜生物生存的新世界——有多么無知。但對科學家來說，處于無知者的地位是件好事，這意味著真正的研究就要開始了。
　　就在2012年7月18日，美國航空航天局宣布，天文學家利用該局的斯皮策空間望遠鏡發現一顆大小只有地球2／3的太陽系外行星。這顆行星名為UCF1.01，距地球約33光年，表面溫度非常高，可能是與太陽系距離最近的小于地球的系外行