哈勃在白矮星周围发现富含水的行星碎片

如果你在海边漫步，或进一步在大海上航行，你绝不会想到，地球本质上是“干”的。我们家乡行星总质量的0.02%，就是地球表面的水。事实上，大洋形成于46亿年前地球诞生的数亿年后。虽然仍有争议，但天文学家通常认为，地球表面的水来自后期富含水的小行星/彗星撞击（后期重轰炸时期——译注）。

白矮星GD 61系统的艺术想象图。大图：887KB，版权：NASA，ESA；研究者团队，下同。

借助美国宇航局（NASA）和欧洲空间局（ESA）合作的哈勃太空望远镜，天文学家发现了岩质行星的星子能够携带大量水的证据。这些固态碎片，现在围绕着编号GD 61的白矮星旋转，它们是母恒星变成白矮星事件（经过行星状星云阶段）后残存的行星系统。研究者认为，本发现暗示，这个位于英仙座、离地球约150光年的系统，曾经含有类地行星。

根据英国剑桥大学Jay Farihi的说法，虽然不能准确预言系统中的行星种类，但他强调：“这些富含水的星子，以及由它们组成的类地行星，可能是普遍存在的。我们的研究表明，有清楚的证据显示该系外行星系统中有潜在的宜居行星。几乎可以肯定，GD 61系统中以前必定存在过行星，而且现在可能还有几个。而这些行星或碎片为GD 61本身输送了大量的水。”

新研究报告发表在今天出版的《科学》期刊上。

根据哈勃宇宙起源摄谱仪（COS）的观测数据，由Farihi领导的团队对落向GD 61的碎片进行了稳健的化学成份分析。研究者介绍说，新发现补全了其他主要观测对行星直径、密度等的测量。

Farihi解说：“明确一颗遥远的行星的组分的唯一方法就是把它隔离出来，而白矮星的超强引力场就为我们提供了条件。我们获得了岩质行星碎片的化学成份，而采用的技术完全独立于其他的系外行星观测方法。”

GD 61的前身星曾经比太阳更热更亮，但它的主序星+红巨星阶段只能维持15亿年。而我们太阳的主序星阶段至少能维持100亿年以上。

PDF插图，GD 61氧来源与太阳系诸天体的比较。EP代表早期阶段，SS代表后期的稳定阶段。假设所有的铁都以FeO形式存在，以金属存在的铁将扣减多余的氧含量。紫色部分表示其余的氧含量。后四列分别是地球、月球、火星和灶神星的氧来源。

NASA的远紫外空间探测（FUSE）项目，在2008年首先发现GD 61大气中的氧含量超高。后来天文学家发现这是物质落入白矮星/前身星并污染了恒星大气的信号。代表性的白矮星大气，由纯粹的氢或氦组成。“被污染的白矮星”剧本，受到NASA的斯皮策红外空间望远镜在2011年的后续观测的支持：观测发现有一个紧密环绕白矮星旋转的碎片盘，其中的物质正落入白矮星并污染其大气。

要更精确地测量GD 61周围碎片盘中的氧含量，只有在远紫外波段进行，这只能在地球大气层外实施。团队必须借助哈勃的COS以获得数据。接着，团队成员、德国基尔大学Detlev Koester 用白矮星大气的计算机模型推算出对应的元素丰度。

在比较了先前使用夏威夷莫纳克亚峰的凯克望远镜的观测成果后，团队确认，小行星碎片的主要成份是镁、硅、铁、铝等的氧化物（MgO、SiO2、FeO、Al2O3）。通过统计这些氧化物的数量，团队可以估算有多少氧落入白矮星的大气中。结果天文学家们发现，白矮星光谱中对应的氧数量超过了这些碎片带来的氧总和。团队成员、英国华威大学考文垂分校的Boris Gnsicke继续解说：“多余的氧可以来自水H2O、一氧化碳CO或二氧化碳CO2。由于这颗白矮星大气中几乎不含碳，因此它很可能来自水。另外，基于白矮星大气中仅有少量的碳，那么彗星不是这些氧的主要携带者——因为彗星同时富含水和碳化合物。”

在哈勃FUSE巡天项目中，团队观测了近100颗白矮星。数据分析还在进行中，但团队已经估计至少20%的白矮星吸积了行星碎片，该比例甚至有可能达到50%。

小行星碎片为何会落向白矮星呢？当前的最佳模型是比照木星如何扰动主带小行星的。主带上的Kirkwood缝就代表该区域的小行星因木星引力扰动而变得不稳定，要么撞向木星，要么落向太阳。

斯必泽红外空间望远镜的观测显示，类似GD 61前身星这样的类太阳恒星，通常拥有我们主小行星带一样的碎片带。有趣的是，这些环带的外侧常常有缝，表明它可能受到1个或多个行星的扰动影响。Farihi强调：“在类太阳系统中，小行星带近旁拥有行星并把小行星扔向母恒星，可能是普遍现象。”

地球本质上是个干燥的行星，因为它表面的水仅占地球总质量的万分之二。因此大洋形成的时段远远迟于地球形成的时段，很可能是形成于富含水的小行星/彗星大规模撞击地球的（后期重轰炸）时期。

新发现显示，类似的水输送系统能够在这个遥远的垂死恒星系统中发生，该最新证据表明，类似的富水小行星当然能把水先输送给地球。

60亿年后，当外星人天文学家研究已经变成白矮星的我们太阳大气时，可能会得出类似的分析：曾经有类地行星围绕我们的母恒星公转。虽然GD 61与太阳并不相同，但Gänsicke总结道：“它昭示着我们的未来。”