ALMA首篇觀測發現 北落師門行星質量沒那大
▲北落師門外圍繞着塵埃環，藍色部份由哈柏望遠鏡拍攝，ALMA取得的圖像是右半部橘色的部份。(文／中研院天文網)
國際中心／綜合報導
在天空中距離地球僅只有25光年，並且比太陽更亮20倍的「北落師門」，天候良好時肉眼就可看到，它的名氣有一部分來自於冰環內部的行星Form b，卻又難以確認它是否存在，在ALMA的新觀測中謎底揭曉，這顆恆星的薄冰環有兩顆行星，而且行星質量遠小於原先認定，不會比地球大很多倍，而非土星大小。
北落師門(Fomalhaut)是一顆非常年輕的恆星，年齡只有2至3億歲，本身是個明顯易見的天體，在2008年時，就有學者透過哈柏望遠鏡觀測到這顆恆星的冰環內部似乎有一個移動的天體，取名Form b，不過Form b究竟是否存在，因爲難以確認，一度曾是天文學裡的暗啞之謎，一時無人能解。
不過，阿塔卡瑪大型毫米波天線陣（Atacama Large Millimeter Array，ALMA）的新觀測中已經開始爲大家揭曉這個謎底。它證實這個薄冰環無論內緣和外緣都是很銳利地突然切斷的。在數值模擬更進一步協助下，科學家認定：在環中的塵埃粒子其實是受到兩顆行星的重力牽制，被侷限在環中。兩顆行星中，一顆行星距離恆星是比環近，另一顆則比較遠。
薄冰環內、外緣銳利地突然切斷，兩顆行星重力牽制塵埃粒子
模擬結果也得出行星質量的可能大小，比火星略大，但不會比地球大很多倍，這讓天文學家跌破眼鏡，因爲原先估得太大了。2008年時，哈柏望遠鏡觀測這顆內側行星時，曾以爲這顆行星比土星還大，土星是太陽系中排名第二大的行星，不過後續的紅外線觀測，卻沒能找到這顆行星的影蹤。
哈柏在可見光波段所觀測到的極微小的粒子、因爲被恆星的輻射向外推，使塵埃環結構變得有些模糊難辨。但ALMA是在比可見光波更長的波段裡進行觀測，它找到一些體積較大一點點的塵埃粒子，直徑約1毫米，並未受到母星的輻射而被推動，因此在ALMA的觀測下，就可以清楚顯示出盤的銳利邊緣及狀似「戒指」的環形結構，這可能是兩顆行星重力作用造成的結果。
佛羅里達大學教授Aaron Boley表示，「結合ALMA觀測到的戒指環狀以及電腦模型得出的結果，我們能爲任何靠近環結構附近的行星可能的質量大小和軌道很明確地訂出上下限。」Boley還補充說，「我們認爲這些行星的質量必然是非常小；否則行星應該已經把環狀結構破壞。」而正因行星的質量小，或許可以解釋爲什麼先前的紅外線觀測裡看不到它。
薄冰環距離母恆星有140AU，意味着行星溫度極低
同樣也來自佛羅里達大學的Matthew Payne表示，ALMA的研究顯示環狀結構寬度約爲日地距離(約1億5000萬公里)的16倍，厚度則只有寬度的1/7，「這個環也比先前所以爲的更窄、更薄。」
Aaron Boley表示：「這個環距離母恆星有140AU(AU，1天文單位，即日地距離)相較之下，在太陽系中，連冥王星距離太陽也只有40AU。運轉在距離恆星這麼遠的軌道上並且質量又這麼小，意味着這些行星，有可能是我們目前已知，繞行正常恆星的行星當中，溫度最低者。」
科學家進行北落師門觀測的時間是2011年9月左右，當時66個天線碟還只完成了1/4。ALMA這座嶄新的望遠鏡，目前仍在施工中，明年全部完成時，完整系統將具有更強的觀測能力。即便是尚未完工，現在的ALMA也已經開始能爲先前在毫米級觀測中困惑人的問題揭開朦朧面紗。
在ALMA協助下，天文學家獲得極有價值的證據，可明瞭這類行星系統如何形成和演化。本篇研究發現是ALMA進入公開觀測後階段的第一篇科學論文發表。
附註：科學家第一次觀測到行星(或衛星)使塵埃環維持着鋒利邊緣的作用，是在1980年當航海家1號(Voyager 1)飛抵土星時，它取得了土星環系統的細部圖像。
以太陽系的天王星爲例，其衛星Cordelia和Ophelia也是「圈牧」着天王星的epsilon環，正和本次ALMA對北落師門所觀測到的現象一樣，有着「環緣很銳利」的特色。這種會將行星環加以限制的衛星有個浪漫的名字：「牧羊衛星」。
衛星或行星是藉由重力效應侷限住塵埃環，原因是在環內的行星繞行恆星的速度比環上的塵埃粒子還更快，它的重力爲粒子增加能量，將它們向外推。在環外的行星，速度則比塵埃粒子慢，其重力減慢了粒子的能量，使它們略向內縮。(文／中研院天文網)