韋伯望遠鏡驚見年輕恆星HD 181327周圍存在結晶水冰

水冰對巨行星的形成具有關鍵影響，甚至可能透過彗星將水分帶到已形成的巖質行星上。天文學家利用NASA/ESA/CSA詹姆斯·韋伯太空望遠鏡搭載的近紅外光譜儀(NIRSpec)所獲得的資料，首次在HD 181327恆星周圍的塵埃碎片盤中發現了結晶水冰的存在。

這幅藝術家概念圖描繪了類太陽恆星HD 181327周圍的碎片盤景象。影像來源：NASA/ESA/CSA/STScI/Ralf Crawford, STScI。

位於繪架座、距離地球約169光年的HD 181327，是一顆年輕的主序星。這顆恆星年齡約2300萬年，質量比太陽大30%，在星表中也被編錄為TYC 8765-638-1和WISE J192258.97-543217.8。

約翰霍普金斯大學天文學家陳協與研究團隊利用韋伯望遠鏡的超靈敏NIRSpec儀器觀測HD 181327，這項裝置能偵測到太空中極其微小的塵埃粒子。

陳協博士表示：「HD 181327是個非常活躍的系統，其碎片盤中持續發生著規律性的碰撞事件。當這些冰質天體相互撞擊時，會釋放出韋伯望遠鏡恰好能偵測到的微小水冰塵粒。」

觀測資料證實，恆星與碎片盤之間存在一個明顯的無塵埃間隙。而在更外圍區域，這個碎片盤的結構類似我們太陽系的古柏帶，那裡充滿了矮行星、彗星以及其他冰岩天體（它們有時也會相互碰撞）。數十億年前，我們的古柏帶很可能就與HD 181327的碎片盤相似。

「韋伯不僅明確偵測到水冰，更發現了結晶水冰，這種結構也出現在土星環和太陽系古柏帶的冰質天體中。」陳協博士指出。

研究顯示，水冰在HD 181327系統中的分佈並不均勻。大部分水冰集中在溫度最低、距離恆星最遠的外圍區域。「碎片盤外緣的水冰含量超過20%，」陳協博士解釋，「而在碎片盤中部區域，水冰比例約為8%，這裡的冰粒生成速度可能略高於破壞速度。」

在最靠近恆星的區域，韋伯幾乎偵測不到水冰的存在。研究人員推測，可能是恆星的紫外線蒸發了附近的水冰微粒，也可能是被稱為星子的岩石天體將冰凍水分「鎖」在其內部，導致韋伯無法偵測。

陳協博士強調：「水冰的存在有助於行星形成過程。在這樣的系統中，經過數億年演化後，冰質物質最終可能被『輸送』到形成的類地行星上。」

這項突破性發現已發表於2025年5月14日出刊的《自然》期刊。

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C. Xie等研究者。2025。HD 181327周圍碎片盤中的水冰。《自然》641卷，608-611頁；doi: 10.1038/s41586-025-08920-4