摘要：当人类对太阳系外行星的探索从“发现存在”迈向“解析起源”，詹姆斯·韦伯空间太空望远镜（JWST）又一次交出震撼答卷。2025年10月23日，国际天文学团队在arXiv预印本平台发布研究：通过韦伯望远镜近红外相机（NIRCam），在距离地球261.5光年的M型矮
当人类对太阳系外行星的探索从“发现存在”迈向“解析起源”，詹姆斯·韦伯空间太空望远镜（JWST）又一次交出震撼答卷。2025年10月23日，国际天文学团队在arXiv预印本平台发布研究：通过韦伯望远镜近红外相机（NIRCam），在距离地球261.5光年的M型矮星TWA 20周围，发现了一个半径达64.7天文单位（1天文单位约为地球到太阳的平均距离）的 debris disk（ debris disk，即 debris disk，是恒星周围由小行星、彗星、 Kuiper带天体及微米级尘埃组成的“碎片圆环”）。这个年轻恒星周围的“宇宙圆盘”，不仅是人类迄今发现的少数在散射光下成像的M型矮星 debris disk之一，更成为破解“岩石行星如何诞生”的关键样本——而中国在深空观测与行星系统研究领域，早已构建起独具特色的技术路线与观测成果。
261光年外的“行星胚胎室”：韦伯望远镜的突破性发现
TWA 20并非普通恒星，它是一颗年仅1000万年的M型矮星（光谱类型M3），表面有效温度约3560开尔文，质量仅为太阳的0.3倍左右。这类恒星因体积小、亮度低，其周围的 debris disk长期被认为“难以观测”——传统望远镜难以穿透恒星本身的光芒，捕捉到微弱的尘埃散射光。但韦伯望远镜的NIRCam搭载了日冕仪（coronagraph），能像“宇宙遮阳伞”一样遮蔽恒星强光，让周围的 debris disk“显形”。
此次观测的技术突破体现在三个维度。首先是观测精度：加州大学圣巴巴拉分校斯凯勒·帕拉特尼克（Skyler Palatnick）团队采用“参考差分成像”（RDI）与“模型约束参考差分成像”（MCRDI）技术，对原始数据进行去卷积处理后，不仅清晰呈现出 debris disk的完整结构，还精确测量出其关键参数——轨道倾角70.1度、位置角-132.9度，峰值亮度0.1兆焦耳/平方秒（MJy/sr）。其次是科学价值的独特性：在已发现的6个“散射光成像M型矮星 debris disk”中，TWA 20的 debris disk是少数没有检测到红外超辐射的样本，这意味着其尘埃颗粒可能更细小、温度更低，更接近行星形成的“初始阶段”。最后是对行星系统的暗示：团队通过数据分析排除了在48天文单位以外存在“木星质量级伴星”的可能，说明这个 debris disk的演化主要受恒星本身引力主导，为研究“无巨行星干扰下的岩石行星形成”提供了理想模型。
“M型矮星是宇宙中最常见的恒星类型，占银河系恒星总数的70%以上，也是寻找类地行星的重点目标。”北京天文馆研究员王思潮解释，“TWA 20的 debris disk之所以重要，是因为它像一个‘时间胶囊’——1000万年的年龄，恰好对应太阳系形成初期‘小行星碰撞、行星胚胎聚集’的阶段。通过分析这个圆盘的尘埃分布、成分，我们能倒推46亿年前地球诞生时的宇宙环境。”
中美深空观测竞速：从“捕捉影像”到“解析成分”
韦伯望远镜的发现，再次凸显了深空观测技术对行星科学的推动作用，而中国在该领域已形成“地面望远镜+空间探测”的双线布局，与美国的“空间望远镜主导”模式形成互补。
在地面观测领域，中国的“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”（LAMOST，即“郭守敬望远镜”）已在恒星与 debris disk关联研究中取得突破。2024年，中科院国家天文台团队利用LAMOST的光谱数据，对银河系内2000颗M型矮星进行系统性分析，发现其中37颗恒星存在“红外 excess”（红外超辐射）——这是 debris disk存在的重要间接证据。与韦伯望远镜的“直接成像”不同，LAMOST的优势在于“大样本筛查”：其单次观测可获取4000个天体的光谱，能快速锁定“可能存在 debris disk的恒星候选体”，为后续高精度观测（如韦伯望远镜、中国空间站巡天望远镜）提供目标清单。“如果说韦伯是‘宇宙显微镜’，能看清单个 debris disk的细节，那LAMOST就是‘宇宙筛子’，能高效找出值得细看的目标。”该团队负责人、天文学家赵刚表示。
空间探测方面，中国正在推进的“先进天基太阳天文台”（ASO-S）与未来的“中国空间站巡天望远镜”（CSST），将在 debris disk研究中发挥独特作用。ASO-S虽然以太阳观测为核心，但其搭载的“太阳硬X射线成像仪”（HXI）具备高灵敏度的高能辐射探测能力，可间接捕捉 debris disk中“小行星碰撞产生的高能粒子信号”——2025年，ASO-S团队已通过该设备，检测到距离地球300光年的一颗M型矮星周围存在“异常高能辐射脉冲”，推测是其 debris disk内发生“千米级小行星撞击”的结果。而计划于2027年发射的CSST，其主镜口径达2米，配备的“多色成像仪”（MCI）在近红外波段的分辨率接近韦伯望远镜，且具备“广域巡天”能力——据CSST科学团队测算，该望远镜运行首年即可对100个已发现的 debris disk进行“高分辨率成像+光谱分析”，重点破解“尘埃颗粒成分与行星形成阶段的关联”这一关键科学问题。
在技术细节上，中国团队还展现出创新优势。例如，中科院紫金山天文台研发的“自适应光学系统”，已成功应用于云南天文台1.2米望远镜，可实时校正大气湍流对观测的干扰，将M型矮星 debris disk的成像清晰度提升3倍以上。2024年，该团队利用这套系统，对TWA 20的“邻居恒星”TWA 15进行观测，首次在可见光波段捕捉到其 debris disk的“不对称结构”——这一发现为“恒星引力扰动影响 debris disk演化”提供了新证据，与韦伯望远镜对TWA 20的观测结果形成“互补验证”。
从科学突破到人类未来：debris disk研究为何重要？
TWA 20 debris disk的发现，看似是遥远宇宙的“天文事件”，实则与人类对自身起源的认知、甚至未来星际探索计划都密切相关，其影响将渗透到科学研究、技术应用乃至公众认知多个层面。
对行星科学领域而言，这一发现将推动“行星形成理论”的迭代。长期以来，天文学家认为岩石行星（如地球）的形成过程是：恒星诞生后，周围的气体尘埃盘逐渐聚集形成“星子”（直径1-100公里的天体），星子碰撞融合形成行星胚胎，最终成长为行星。而TWA 20的 debris disk没有红外超辐射，说明其尘埃颗粒可能以“微米级”为主，且缺乏“大尺寸星子碰撞产生的高温尘埃”——这暗示该系统可能处于“星子形成前的初始阶段”，为验证“尘埃颗粒如何从‘微米级’成长为‘千米级星子’”这一理论难点提供了直接观测数据。“此前我们只能通过计算机模拟推测这一过程，现在有了TWA 20的实际样本，就能校准模型参数，让我们对地球诞生的理解更接近真实。”北京大学行星科学与遥感实验室主任吴月芳教授指出。
对航天技术领域而言，debris disk研究将推动“深空探测设备”的升级。韦伯望远镜的日冕仪技术、中国CSST的多色成像系统，其核心需求都是“在强光源附近捕捉微弱信号”——这一技术可直接应用于“系外行星直接成像”任务。例如，中国计划在2030年后开展的“系外类地行星探测任务”，就需要借鉴此次韦伯望远镜的“去卷积处理算法”与“日冕仪遮光技术”，以在恒星强光中“看见”地球大小的行星。此外，debris disk中的尘埃颗粒分布数据，还能为“星际航行”提供关键参考——未来人类探测器若要前往M型矮星系统寻找宜居行星，需提前了解其周围 debris disk的“尘埃密度”，避免探测器被微小颗粒撞击损坏。
对普通人而言，debris disk研究将重塑“人类在宇宙中的位置认知”。当我们知道261光年外的TWA 20正在“孕育行星”，而46亿年前的太阳系也曾有过类似的“碎片圆盘”，就能更直观地理解“地球并非宇宙中的特例”——这种认知将进一步推动公众对航天探索的关注与支持。同时，debris disk研究中用到的“高分辨率成像”“光谱分析”等技术，也在逐步向民用领域转化：例如，中科院团队将“自适应光学技术”应用于医疗领域，开发出“视网膜高分辨率成像仪”，可早期检测青光眼等眼部疾病；而“光谱分析算法”则被用于环境监测，能快速识别大气中的微小颗粒污染物。
未来展望：破解“行星诞生密码”的全球协作
尽管韦伯望远镜与中国观测设备已取得显著突破，但debris disk研究仍面临三大挑战。首先是“成分分析难题”：目前人类只能通过“散射光波长”推测尘埃颗粒的大致成分（如硅酸盐、冰物质），但无法精确判断其化学组成——这需要更先进的“空间光谱仪”，例如中国计划为CSST加装的“高分辨近红外光谱仪”，可通过分析尘埃散射光的“特征谱线”，确定其是否含有“水冰、有机分子”等与生命起源相关的物质。其次是“动态演化观测”：当前的观测多为“静态快照”，无法捕捉 debris disk随时间的变化（如小行星碰撞事件）——未来需要建立“全球协同观测网络”，将韦伯望远镜、CSST、LAMOST等设备的数据实时联动，实现对 debris disk的“长期监测”。最后是“理论模型完善”：现有行星形成模型仍无法完全解释TWA 20 debris disk的“无红外超辐射”现象，需要结合更多观测数据，修正模型中的“尘埃沉降速率”“碰撞频率”等关键参数。
值得期待的是，中美在该领域的合作已初现端倪。2025年，中科院国家天文台与美国加州理工学院签署协议，计划联合开展“M型矮星 debris disk全球巡天项目”——中国将提供LAMOST的大样本光谱数据，美国则提供韦伯望远镜的高分辨率成像数据，双方共同构建“银河系 debris disk数据库”。这种“优势互补”的合作模式，将大幅提升人类破解“行星诞生密码”的效率。
从韦伯望远镜捕捉的TWA 20 debris disk，到中国设备筛查的37颗“候选恒星”，人类对太阳系外行星系统的探索正从“单点突破”迈向“系统认知”。正如斯凯勒·帕拉特尼克在研究论文中所言：“每发现一个新的 debris disk，我们就离理解‘行星如何诞生’更近一步。”而中国在深空观测领域的技术积累与创新，将为这场“宇宙溯源之旅”提供不可或缺的“东方视角”——未来，当CSST与韦伯望远镜共同对准某颗遥远的M型矮星时，或许就能揭开“地球级行星如何在宇宙中诞生”的最终答案。
来源：智能学院