梁炳鑫

在加利福尼亞州帕薩迪納有一幢優(yōu)雅的西班牙風(fēng)格的紅瓦屋頂辦公大樓，這里有三間歷史悠久的儲(chǔ)藏室，保護(hù)了一個(gè)多世紀(jì)的天文學(xué)資料。下樓梯后向右轉(zhuǎn)，有一個(gè)地下室，那里是充滿奇跡的空間。有數(shù)不清的木制抽屜和箱子，從地板堆放到天花板，有望遠(yuǎn)鏡拍到的底片，有太陽(yáng)黑子素描，還有其他各種記錄。有一股淡淡的氨氣味彌漫在空氣里，讓人想起了老電影。

有一間儲(chǔ)藏室外邊是一扇黑色的小門，上面的門牌寫著——此門莫開。

卡內(nèi)基天文臺(tái)擁有威爾遜山、帕洛馬爾和拉斯坎帕納斯天文臺(tái)拍攝的250000多張照片底板，時(shí)間跨度超過(guò)100年。在威爾遜山的全盛時(shí)期，最強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡有兩個(gè)，口徑分別為152厘米和254厘米，其中254厘米的于1917年11月1日首次啟用。它們都無(wú)可置疑地改變了人類對(duì)于自己在宇宙中的地位的理解。但是，這些技術(shù)奇跡超前于它們所處的時(shí)代，僅舉一例：這些望遠(yuǎn)鏡捕捉到了遙遠(yuǎn)世界的跡象，但是在這里放了一個(gè)世紀(jì)仍沒(méi)有人能夠辨認(rèn)出來(lái)。

有關(guān)我們這個(gè)星系以及整個(gè)宇宙的一些重大發(fā)現(xiàn)是20世紀(jì)早期在威爾遜山上進(jìn)行的。就在這座山上，埃德溫·哈勃意識(shí)到銀河系不可能是我們的整個(gè)宇宙，因?yàn)橄膳ɑ騇31）比銀河系最遙遠(yuǎn)的地方還要遠(yuǎn)。254厘米口徑的胡克望遠(yuǎn)鏡于1923年拍攝的一幅巨大的照片成了卡內(nèi)基倉(cāng)庫(kù)外面的巨幅海報(bào)。

埃德溫·哈勃和米爾頓·赫馬森最初在威爾遜山上是看門人，他倆共同努力探索宇宙不斷擴(kuò)大的本質(zhì)。利用這臺(tái)傳奇的望遠(yuǎn)鏡以及來(lái)自亞利桑那州弗拉格斯塔夫洛厄爾天文臺(tái)的數(shù)據(jù)，他們認(rèn)識(shí)到星系團(tuán)彼此遠(yuǎn)離，而且星系距離越遙遠(yuǎn)，它們就以更快的速度彼此遠(yuǎn)離。

但是，威爾遜山上一個(gè)擁有100年歷史的發(fā)現(xiàn)卻鮮為人知，直到最近才被發(fā)現(xiàn)并受到重視。這就是有關(guān)系外行星的第一個(gè)證據(jù)。

一則偵探故事

故事得從本·朱克曼說(shuō)起。本·朱克曼是加州大學(xué)洛杉磯分校的天文學(xué)教授。他應(yīng)原來(lái)在加州大學(xué)洛杉磯分校指導(dǎo)過(guò)的一位弟子杰·法瑞希之邀。準(zhǔn)備在2014年7月舉行的一次學(xué)術(shù)會(huì)議上講一講太陽(yáng)系外行星和小型巖石體的構(gòu)成。法瑞希曾建議朱克曼談?wù)劙装堑奈廴締?wèn)題。白矮星類似于我們的太陽(yáng)，但是沒(méi)有太陽(yáng)明亮，屬于恒星的密集殘余物，耗盡了核燃料，甩掉了外層。天文學(xué)家用“污染”這個(gè)字眼來(lái)指重元素侵入了這些恒星的光球?qū)?。即其大氣外層。?wèn)題是，所有這些多出來(lái)的元素都不應(yīng)該出現(xiàn)在那里，白矮星的強(qiáng)大引力應(yīng)該將它們拉入恒星的內(nèi)部，應(yīng)該看不見(jiàn)才對(duì)。

被識(shí)別出來(lái)的第一顆受污染的白矮星根據(jù)其發(fā)現(xiàn)者阿德里安·范·馬南命名為范馬南星（在科學(xué)文獻(xiàn)中一般被稱為范馬南2號(hào)），是由范·馬南于1917年根據(jù)這個(gè)天體在1914年至1917年中位置上的微弱移動(dòng)而發(fā)現(xiàn)。后來(lái)，已成為威爾遜山天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)的天文學(xué)家瓦爾特·悉尼·亞當(dāng)斯利用威爾遜山152厘米口徑望遠(yuǎn)鏡的小型玻璃底板捕捉到了范馬南星的光譜，將其解釋為F型恒星，大概是根據(jù)鈣和其他重元素吸收特征的存在及其強(qiáng)度以及溫度稍高于我們的太陽(yáng)。1919年，范·馬南稱它為“非常微弱的星球”。

今天我們知道，距離我們大約14光年的范馬南星是最接近地球的白矮星，而且不是聯(lián)星系統(tǒng)的一部分。

法瑞希說(shuō)：“這顆星是一個(gè)偶像，是此類恒星中的第一顆，的確可算是原型的原型?！?img alt="" src="https://cimg.fx361.com/images/2018/05/23/qkimagesfdtsfdts201803fdts20180307-7-l.jpg"/>

在準(zhǔn)備講話的時(shí)候，朱克曼產(chǎn)生了神奇的體驗(yàn)，后來(lái)他將其稱為“真正的靈感”。范馬南星，1917年研究它的天文學(xué)家不知其為何物，幾十年后那些思索著它的人也不知道它是什么天體。它一定是系外行星存在的第一個(gè)觀測(cè)證據(jù)。

這與系外行星有什么關(guān)系？

恒星最外層的重元素不可能在恒星內(nèi)產(chǎn)生，因?yàn)樗鼈儠?huì)因白矮星的強(qiáng)大引力場(chǎng)而立即下沉。20世紀(jì)，隨著發(fā)現(xiàn)了更多在其光球?qū)又泻写罅吭氐陌装?，科學(xué)家開始相信這些奇特的物質(zhì)必定來(lái)自星際介質(zhì)。也就是說(shuō)，來(lái)自漂浮于恒星之間的元素。

但是，在拍攝到范馬南光譜之后70年，1987年，朱克曼及其同事埃里克·貝克林報(bào)道稱白矮星周圍的紅外光超多，認(rèn)為這可能來(lái)自一顆微弱的“敗星”，即褐矮星或棕矮星。1990年，人們將其解釋為環(huán)繞白矮星的一個(gè)炎熱多塵的盤。到了21世紀(jì)初，出現(xiàn)了一種新的污染白矮星理論：外行星可以將小石塊推向恒星，恒星的強(qiáng)大引力將它們粉碎，粉碎后的塵埃因?yàn)楹性撎祗w的重元素，因此會(huì)落到恒星上。法瑞希說(shuō)：“底線是：如果是小行星或彗星，不只是改變方位，而且還需要推力。到目前為止，最有可能的推動(dòng)力就是行星?！?/p>

美國(guó)航空航天局的斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡在擴(kuò)展研究被高溫多塵盤環(huán)繞的受污染白矮星方面一直發(fā)揮著重要作用。自2004年發(fā)射以來(lái)，斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡已確認(rèn)了其中約40顆特別的恒星。另一架空間望遠(yuǎn)鏡，即美國(guó)航空航天局的寬視場(chǎng)紅外測(cè)量探測(cè)器，也發(fā)現(xiàn)了一小部分，將總數(shù)增加到今天已知的近50個(gè)。由于這些天體非常微弱，用紅外光來(lái)識(shí)別就顯得至關(guān)重要。

法瑞希說(shuō)：“我們無(wú)法使用地面上的望遠(yuǎn)鏡來(lái)精確測(cè)量來(lái)自這些物體的紅外光的量，而斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡讓我們大開眼界?！?/p>

為了支持受污染白矮星的新“塵盤”說(shuō)，朱克曼及其同事于2007年發(fā)表了有關(guān)白矮星大氣的觀測(cè)資料，其中有17種元素，這些元素與地月系統(tǒng)中的情況類似。（加州大學(xué)洛杉磯分校已故教授邁克爾·朱拉為研究受污染白矮星做出了重要貢獻(xiàn)，他是該團(tuán)隊(duì)的一分子。）這進(jìn)一步證明至少有一個(gè)小型巖石體，甚至是一顆行星，已經(jīng)被一顆白矮星的引力撕裂?？茖W(xué)家現(xiàn)在普遍認(rèn)為，一顆光譜中有重元素的白矮星可能至少有一個(gè)碎石帶，這是劇烈碰撞而未形成行星的殘余天體，而且很可能至少有一顆大行星。

所以。碰巧漂浮在星際介質(zhì)中的重元素不能解釋觀測(cè)結(jié)果。朱克曼說(shuō)：“在范·馬南的發(fā)現(xiàn)過(guò)了大約90年后，天文學(xué)家說(shuō)，‘哇，這種星際吸積模型不可能是正確的。”

追蹤光譜

受朱克曼的啟發(fā)，法瑞希迷戀上了這個(gè)念頭：有人于1917年拍攝到了有關(guān)系外行星的首個(gè)證據(jù)，而且這個(gè)觀察記錄一定還在。他說(shuō)：“我現(xiàn)在瞄上了這個(gè)問(wèn)題，我決不會(huì)放過(guò)?！?img alt="" src="https://cimg.fx361.com/images/2018/05/23/qkimagesfdtsfdts201803fdts20180307-8-l.jpg"/>

法瑞希求助于卡內(nèi)基天文臺(tái)，因?yàn)榭▋?nèi)基天文臺(tái)擁有威爾遜山望遠(yuǎn)鏡并且仍保存著這些望遠(yuǎn)鏡拍到的數(shù)據(jù)檔案?？▋?nèi)基天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)約翰·穆?tīng)杽P依讓志愿者丹·科恩去查找該資料?？贫靼褭n案翻了個(gè)遍，兩天之后，穆?tīng)杽P依給法瑞希發(fā)送了該光譜的一張圖像。

法瑞希稱：“坦率地說(shuō)，我不能說(shuō)自己感到震驚，但是這簡(jiǎn)直是一個(gè)驚喜。我看到了我想找的證據(jù)，連肉眼都能看得見(jiàn)，我不由自主地跳了起來(lái)?！?img alt="" src="https://cimg.fx361.com/images/2018/05/23/qkimagesfdtsfdts201803fdts20180307-10-l.jpg"/>

法瑞希期望的范馬南恒星光譜就在一個(gè)小小的檔案盒里，上面有手寫的日期“1917年10月24日”和一個(gè)現(xiàn)代的黃色標(biāo)簽：“可以算是一顆系外行星的第一次記錄?！?/p>

卡內(nèi)基歷史委員會(huì)主席、天文學(xué)家辛西婭·亨特將玻璃底板從封袋中取出，放在一臺(tái)已經(jīng)打開的觀圖儀上。頻譜本身只有0.4厘米多一點(diǎn)。

乍看起來(lái)，這個(gè)底片似乎并不起眼，但法瑞?？吹絻蓚€(gè)明顯的“尖牙”，表示這是光譜中下跌的深谷。在他看來(lái)，這就是確鑿的證據(jù)：來(lái)自同一個(gè)鈣離子的兩條吸收線，這意味著白矮星光球?qū)又杏兄卦卮嬖?，表明它可能至少有一顆外行星。2016年，他在《新天文學(xué)評(píng)論》上發(fā)文討論了這個(gè)問(wèn)題。

系外行星及碎石盤

科學(xué)家一直認(rèn)為，巨行星的引力可能會(huì)阻止空間的碎片帶，特別是在年輕的行星系統(tǒng)中。最近的一項(xiàng)研究表明，具有塵埃和碎片的年輕恒星比沒(méi)有塵盤的恒星更有可能在遠(yuǎn)離母星的地方擁有繞行的巨行星。

白矮星不是年輕的恒星；相反，當(dāng)一顆中低質(zhì)量的恒星已經(jīng)燃盡其內(nèi)部所有的燃料時(shí)，它就形成了。但原理是一樣的：系外巨行星的引力可以將小型巖石體引入白矮星。

太陽(yáng)將在大約50億年后變成一個(gè)紅色巨星，它會(huì)膨脹很多，甚至吃掉地球，然后甩掉外層，變成一顆白矮星。到那時(shí)，木星的巨大引力可能會(huì)對(duì)小行星帶造成更大的破壞性，將物體拋向此時(shí)更加昏暗的太陽(yáng)。范馬南星的重元素就屬于這種情況。

到目前為止，斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡還沒(méi)有在范馬南星的周圍發(fā)現(xiàn)任何行星。事實(shí)上，迄今仍然沒(méi)有有系外行星環(huán)繞白矮星運(yùn)行的確證，盡管科學(xué)家相信，有一顆白矮星確實(shí)擁有一顆巨行星。包括朱克曼在內(nèi)的科學(xué)家利用夏威夷的凱克天文臺(tái)，發(fā)現(xiàn)一顆白矮星正在吞噬一個(gè)類似柯伊伯帶的天體。

科學(xué)家仍在探索被污染的白矮星，并尋找它們可能擁有的系外行星。我們知道的所有白矮星中約有30%被污染，但它們的碎片更難發(fā)現(xiàn)。汝拉提出，隨著大量小行星進(jìn)入并與碎石碰撞，塵?？赡軙?huì)轉(zhuǎn)化為氣體，而氣體的紅外信號(hào)沒(méi)有塵埃的紅外信號(hào)那么容易被檢測(cè)到。

法瑞希對(duì)他在威爾遜山檔案館的偵探工作感到非常激動(dòng)。2016年，他在一篇關(guān)于被污染白矮星的評(píng)論中描述了這一歷史發(fā)現(xiàn)，認(rèn)為白矮星是“外行星系統(tǒng)研究中引人注目的目標(biāo)”。

誰(shuí)曉得天文臺(tái)偉大的檔案中還有哪些被塵封或遺忘的寶藏正等待著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)，那些觀天的記錄蘊(yùn)藏著豐富的宇宙信息。當(dāng)然，這些線索還得靠那些富有好奇心并且能夠提出正確問(wèn)題的人才能找到。

法瑞希說(shuō)：“這是個(gè)人與數(shù)據(jù)的互動(dòng)，可以真正激勵(lì)我們傾力探索我們提出的問(wèn)題。”