一顆距地球320光年的系外行星驗(yàn)證了“行星像其母星”的宇宙假設(shè)

天文學(xué)家最新觀測(cè)顯示，一顆名為WASP-189b的巨型系外行星，其大氣中元素組成與母恒星高度一致，為行星如何形成和演化的一個(gè)核心假設(shè)提供了首次直接證據(jù)。這一成果被認(rèn)為是天體生物學(xué)領(lǐng)域的重要里程碑。

研究團(tuán)隊(duì)首次在系外行星大氣中同時(shí)探測(cè)到氣態(tài)鎂和硅，并借此比對(duì)行星與母恒星的化學(xué)豐度比。觀測(cè)由位于智利的雙子座南望遠(yuǎn)鏡完成，該臺(tái)望遠(yuǎn)鏡隸屬國(guó)際雙子座天文臺(tái)，由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）部分出資并通過NOIRLab運(yùn)營(yíng)。

目標(biāo)行星WASP-189b距離地球近320光年，位于天秤座，是一類被稱為“超熱木星”的系外行星。這類行星圍繞恒星極近軌道運(yùn)行，表面溫度高到足以汽化鎂（Mg）、硅（Si）、鐵（Fe）等巖石形成元素，因此為運(yùn)用高分辨率光譜技術(shù)分析大氣化學(xué)成分提供了理想條件。

此次研究由亞利桑那州立大學(xué)研究生豪爾赫·安東尼奧·桑切斯（Jorge Antonio Sanchez）領(lǐng)銜，團(tuán)隊(duì)利用安裝在雙子座南望遠(yuǎn)鏡上的高分辨率紅外成像光柵光譜儀IGRINS，對(duì)WASP-189b的大氣進(jìn)行了精細(xì)測(cè)量。儀器數(shù)據(jù)表明，這顆行星的大氣中鎂與硅的比例，與其母恒星的鎂硅比高度一致。

這一結(jié)果為長(zhǎng)期存在于行星形成理論中的一個(gè)關(guān)鍵推斷提供了首個(gè)直接觀測(cè)支撐：行星誕生于年輕恒星周圍的原行星盤，原行星盤的氣體和塵埃與恒星一樣，源自同一片塌縮的星際云，因而二者在整體化學(xué)組成上應(yīng)當(dāng)相互“映射”。在此之前，這種“恒星—行星成分對(duì)應(yīng)關(guān)系”主要來自對(duì)太陽(yáng)系內(nèi)部行星與太陽(yáng)之間的間接推演，尚未在系外行星體系中被直接證實(shí)。

桑切斯指出，WASP-189b為理解類地行星形成提供了一個(gè)重要的觀測(cè)“錨點(diǎn)”。通過精確測(cè)定恒星及其行星間關(guān)鍵巖石形成元素的比例，研究人員可以更有把握地利用恒星化學(xué)信息，反推圍繞該恒星形成的固體物質(zhì)——包括潛在類地行星——的總體構(gòu)成。

從天體生物學(xué)視角看，這種恒星與行星間的化學(xué)對(duì)應(yīng)關(guān)系意義重大。恒星中的元素豐度會(huì)影響原行星盤中巖石物質(zhì)和揮發(fā)物的儲(chǔ)量與分布，從而進(jìn)一步影響行星是否具備維持磁場(chǎng)、推動(dòng)板塊構(gòu)造，以及通過火山和地質(zhì)循環(huán)向大氣、海洋和土壤持續(xù)釋放生命所需化學(xué)物質(zhì)的能力。通過分析恒星的化學(xué)指紋，科學(xué)家有望初步估算其行星系統(tǒng)中巖石行星的潛在可居住性。

論文合著者、亞利桑那州立大學(xué)副教授邁克爾·萊恩（Michael Line）表示，研究展示了地基高分辨率光譜儀在約束關(guān)鍵巖石形成元素（如鎂和硅）方面的能力，而這些元素正是構(gòu)建類地巖石行星的基礎(chǔ)積木。他認(rèn)為，這一技術(shù)進(jìn)展為研究系外行星大氣開辟了全新的維度。

展望未來，科研團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)，通過在更廣波段范圍內(nèi)進(jìn)行高分辨率觀測(cè)，可進(jìn)一步繪制出包括WASP-189b在內(nèi)的系外行星大氣“成分全景圖”。這將幫助科學(xué)家更系統(tǒng)地理解行星從原行星盤中誕生、經(jīng)歷遷移與演化的全過程，并評(píng)估不同行星在物理和化學(xué)條件上是否具備孕育生命的潛力。

相關(guān)研究以“A Stellar magnesium to silicon ratio in the atmosphere of an exoplanet”為題發(fā)表于2026年2月的學(xué)術(shù)期刊，進(jìn)一步從理論與觀測(cè)層面討論了恒星鎂硅比對(duì)行星形成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)推斷的重要性。