赫歇爾觀測到北落師門周圍的彗星屠殺事件

• 謝承安／ EASY 天文地科團隊成員，因喜愛動畫《戀愛中的小行星》開始研究小行星，現就讀臺大物理系。
• 林彥興／清大天文所碩士， EASY 天文地科團隊總編輯，努力在陰溝中仰望繁星。

• Take Home Message
  • 殘屑盤是恆星周遭的盤狀結構，由於北落師門殘屑盤離地球僅 25 光年，數十年來天文學家時常會藉由觀測它以了解殘屑盤的特性。
  • 去（2023）年韋伯望遠鏡的觀測結果與過去不同，顯示北落師門殘屑盤其實分成多個部分，更讓他們相信北落師門中有多個行星環繞。
  • 韋伯望遠鏡提供的影像還揭露許多來源未知的構造及現象，例如內側殘屑盤與內側裂縫等，都有待繼續探索。

北落師門（Fomalhaut）又稱南魚座 α 星，是秋季星空中著名的亮星之一。去年 5 月，以美國亞利桑那大學（University of Arizona）天文學家加斯帕（András Gáspár）為首的研究團隊在《自然天文學》（Nature Astronomy）期刊上發表，他們藉由詹姆士．韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope, JWST，簡稱韋伯望遠鏡），在北落師門周圍殘屑盤（debris disk）中首次發現了「系外小行星帶」的存在。韋伯望遠鏡拍下美麗的照片，也瞬間席捲各大科學與科普媒體的版面（圖一）。

天文學家選擇北落師門作為目標並非偶然。半個世紀以來，北落師門一直是天文學家研究殘屑盤時的首選目標之一。韋伯望遠鏡的新影像為我們帶來什麼新發現？過去與現在的觀測方式又有什麼差異？本文將帶著大家一起回顧北落師門殘屑盤的觀測史。

行星相互碰撞後的殘屑盤

殘屑盤是環繞在恆星周遭，由顆粒大小不一的塵埃所組成的盤狀結構。如果讀者們聽過行星形成的故事，也知道行星是從恆星四周、由氣體與塵埃組成的「原行星盤」（protoplanetary disk）中誕生，那你或許會認為殘屑盤可能就是行星形成後剩下的塵埃。但實際上並非如此，在恆星形成初期的數百萬年間，原行星盤中的氣體和塵埃會被恆星吸積或是吸收恆星輻射的能量後蒸發，同時也會聚集成小型天體或行星，這些原因都會使原行星盤消散。而殘屑盤則是由盤面上的小行星等天體們互相碰撞後，產生的第二代塵埃組成（圖二）。

這些塵埃發光的機制主要有兩種。第一，塵埃本身可以散射來自母恆星的星光，從而讓天文學家能在可見光與近紅外波段看到它們。第二，塵埃在吸收來自恆星的星光之後，以熱輻射的形式將這些能量重新釋放。由於恆星的光強度與距離成平方反比，愈靠近恆星，塵埃的溫度就愈高，因此發出的輻射以近紅外線為主；反之，愈是遠離恆星，塵埃的溫度就愈低，發出的光就以中遠紅外線為主。

觀測目標：北落師門

北落師門殘屑盤的觀測始於 1983 年。當時，美國國家航空暨太空總署（National Aeronautics and Space Administration, NASA）的紅外線天文衛星（Infrared Astronomical Satellite, IRAS）發現北落師門在紅外線波段的亮度異常高，代表周圍很可能有殘屑盤圍繞。由於北落師門離地球僅約 25 光年，這項發現引起眾多天文學家的關注，並在未來數十年前仆後繼地拿出各波段最好的望遠鏡，希望藉此深入了解殘屑盤的特性。其中，哈伯太空望遠鏡（Hubble Space Telescope, HST，簡稱哈伯望遠鏡）、阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA）與韋伯望遠鏡擁有非常好的空間解析度，因此能夠清楚地觀測殘屑盤的結構。

● 哈伯的觀測

2008 年， NASA 公布哈伯望遠鏡在 2004 與 2006 年對北落師門的觀測結果（圖三），讓天文學家首次清晰地看到北落師門殘屑盤的影像。這張照片是哈伯望遠鏡以日冕儀（coronagraph）在 600 奈米（nm）的可見光波段下拍攝，中間的白點代表北落師門的位置，而周圍的環狀亮帶正是因散射的北落師門星光而發亮的殘屑盤，放射狀的條紋則是日冕儀沒能完全消除的恆星散射光。除此之外，天文學家還發現有一個亮點正圍繞著北落師門運行，並認為此亮點可能是一顆圍繞北落師門的行星，於是將它命名為「北落師門 b 」。很可惜在往後的觀測中，天文學家發現北落師門 b 漸漸膨脹消散，到 2014 年時就已經完全看不見了。因此它很可能只是一團塵埃，而非真正的行星。

● ALMA 的觀測

ALMA 對北落師門的完整觀測於 2017 年亮相，他們展示出更加清晰漂亮的環狀結構，且位置與哈伯望遠鏡的觀測吻合。正如前面提到，殘屑盤中的塵埃溫度愈低，放出的輻射波長就愈長。因此 ALMA 在 1.3 毫米（mm）波段觀測到的影像，主要來自離殘屑盤中恆星最遠、最冷的部分。

● 韋伯望遠鏡的觀測

最後則要來看去年韋伯望遠鏡所使用中紅外線儀（mid-infrared instrument, MIRI）拍攝的影像（圖五）。與之前的觀測不同，這次的影像顯示北落師門的殘屑盤其實分成幾個部分：

首先，哈伯望遠鏡與 ALMA 之前就已觀測到的塵埃環，它的半徑約 136～150 天文單位（AU）、寬約 20～25 AU，而溫度則落在約 50～60 K，與太陽系的古柏帶（Kuiper belt）十分相似，因此被稱為「類古柏帶環」（KBA ring）。雖然在觀測上的溫度相似，但其實此塵埃環與北落師門的距離是古柏帶到太陽的四倍；不過北落師門光度約為太陽的 16 倍，根據前述提及的平方反比關係，才導致兩者的溫度相近。此外，在更外層名為「暈」（halo）的黯淡結構則對應古柏帶外圍天體密度較低的區域。

再來，韋伯望遠鏡還發現了更多未解的謎團：內側殘屑盤（inner disk）與中間環（intermediate ring）。其實早在本次韋伯望遠鏡的觀測之前，天文學家就已經從北落師門的光譜推測，北落師門的殘屑盤中除了存在前面提過的類古柏帶環之外，應該還有另一批更靠近恆星、溫度更高的塵埃，溫度與大小對應太陽系中的環狀小行星帶。但當韋伯望遠鏡實際觀測後，卻發現與太陽系的環狀小行星帶相比，北落師門有著相當瀰散的內側殘屑盤。為什麼會有這樣的不同呢？目前天文學家也不清楚，仍待進一步研究。

最後，在類古柏帶環與內側殘屑盤之間，還存在著一個半長軸約 104 AU 的「中間環」，在太陽系中則沒有對應的結構，這項新發現也需要進一步的研究來了解它的來源。

此外，雖然北落師門 b 最終被證實並不是一顆行星，但這並不代表北落師門旁沒有行星環繞。最初，殘屑盤的形成原因是由小行星等天體不斷碰撞所產生，經過不斷地碰撞合併，其實就有可能已經產生直徑數百到數千公里的行星。從北落師門的殘屑盤還可以推論，在內側殘屑盤與中間環之間可能有一顆海王星質量以上的行星，它就像鏟雪車般清除軌道上的塵埃，從而產生「內側裂縫」（inner gap）的結構。

另一方面，天文學家也藉由數值模擬發現，如果僅考慮來自北落師門的重力影響，類古柏帶環應該要比觀測到的更寬才對。因此他們推測，很可能在類古柏帶環內外兩側有兩顆行星，像控制羊群的牧羊犬一樣以自身的重力限制塵埃移動，才產生了這麼細的塵埃環。

● 更多的殘屑盤觀測

北落師門雖然是一顆年齡僅4.4億年的年輕恆星，卻已經是一個擁有殘屑盤、形成行星的成熟恆星系統。而來自韋伯望遠鏡的最新觀測結果，無疑讓天文學家更深入地認識殘屑盤中複雜的結構，也更令他們相信北落師門系統中有多個行星環繞。

不過，北落師門系統仍舊有許多未解之謎。例如為什麼太陽系有著環狀的小行星帶，北落師門卻是瀰散的內側殘屑盤？在無數的恆星中，究竟是太陽系還是北落師門的殘屑盤構造比較常見？殘屑盤中是否有行星存在？如果有，在北落師門的演化歷史中又扮演著怎樣的角色呢？這些問題都有待更多的觀測與理論模擬來解答。

在北落師門之後，觀測團隊預計將韋伯望遠鏡指向天琴座的織女星（α Lyr, Vega），以及位於波江座的天苑四（ε Eri），兩者都是離地球非常近且擁有殘屑盤的恆星。其中織女星的溫度與質量比北落師門更大，而天苑四的質量與溫度雖然比太陽小，卻有強烈的磁場活動。藉由觀測不同系統中殘屑盤的性質差異，並與太陽系進行對比，不僅能更加認識殘屑盤的起源、與行星的交互作用，更能理解我們自己的恆星系中，數百萬顆的太陽系小天體從何而來。

JWST 原始資料的處理過程影片介紹，非常值得一看！

• 〈本文選自《科學月刊》2024 年 01 月號〉
• 科學月刊／在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

延伸閱讀

1. Galicher, R. et al. (2013). Fomalhaut b: Independent analysis of the Hubble space telescope public archive data. The Astrophysical Journal, 769(1), 42.
2. MacGregor, M. A. et al. (2017). A complete ALMA map of the Fomalhaut debris disk. The Astrophysical Journal, 842(1), 8.
3. Gáspár, A. et al. (2023). Spatially resolved imaging of the inner Fomalhaut disk using JWST/MIRI. Nature Astronomy, 1–9.

相信許多人小時候都聽過摩西分海的故事，在《出埃及記》中記載到，當摩西率領大批的猶太人準備逃離埃及時，面對前方紅海的阻隔、後方法老王的追兵而進退不得。

正當摩西與猶太人感到絕望時，上天指示摩西一條逃出生天的路，摩西將其拐杖指向紅海的瞬間，紅海一分為二，海水退到兩側，露出一條道路讓摩西與猶太人前行，當摩西眾人順利橫跨紅海後，海水立刻恢復原狀，將在後方追趕的法老王追兵淹沒於茫茫大海中。

雖然我們難以去斷定摩西分海的真相，但可以知道的是，在臺灣的澎湖，竟然也出了如同摩西分海的情境——就在澎湖奎壁山的沙灘與赤嶼島之間！

礫石步道連接著兩邊奎壁山與赤嶼島，當大海被一分為二時，遊客便能踏上神奇的分海道路，前往幾分鐘前還在海的另一側陸地。

究竟什麼時候這條神奇的分海道路會出現呢？以下就讓我們來一探究竟！

摩西分海的秘密，其實你早就知道了！

形成臺版摩西分海的秘密，就是大家在國高中地球科學課一定會聽過的「潮汐現象」！潮汐作用指的為海水進行週期性的升降運動。

其實，造成奎壁山沙灘與赤嶼島會偶爾露出礫石道路的最主要原因，就是當海水逐漸退潮至乾潮時，水面最低，因而露出中間較高的地面，此時，奎壁山沙灘與赤嶼島中間便會露出道路，而當海水逐漸漲潮升起至滿潮時，淹過多數的地面便會形成平常我們所看到的海洋。

然而，為何海面會有週期性的升降運動呢？

關於潮汐現象，大家最常聽聞的成因就是——引潮力，而引潮力與萬有引力、向心力息息相關，我們可以將引潮力寫成一個簡單的公式：

引潮力＝ 萬有引力 — 向心力

讓我們來依序破解向心力、萬有引力！

一開始我們必須先釐清，地球與月球之間的「向心力」。

雖然口語中我們時常以「月球繞著地球公轉」來描述月球公轉的現象，但其實更為準確的說法是：「月球繞著地月共同質心進行公轉」^註1。

舉一個簡單的例子，常見的電影情節中，時常會有男主角拉著女主角的手轉起圈圈，想像一下，當今天男主角是個體型壯碩的帥哥，女主角是位小鳥依人的美女，這個圈圈誰會轉的比較大？一定是女主角嘛！但此刻問題來了，男主角是完全沒有在移動嗎？還是只是移動的不如女主角明顯呢？

相信各位的腦中已經有了答案，男女主角同時都在旋轉，只是旋轉的大小不同，同時也代表著，這是旋轉的質心應該是位在男女主角之間，可能比較靠近男主角，但一定不會在男主角身體的正中心吧！

其實在這個舉例中，男主角就是地球，女主角就是月亮，所以月球也並非繞著地心進行公轉，而是繞著地月共同質心進行公轉，但因為地球的質量遠大於月球，所以地月共同質心的位置位於地球內部，且為靠近地表之處。

回到向心力的概念，當月亮與地球對著共同質心公轉時，所需的向心力都指向了共同質心，因此地球上任一點的向心力都指向了共同質心。（可以參考上方「地、月繞著共同質心旋轉」的圖。）

在影響引潮力的第二個原因「地心引力」中，離月球越近的地點，其受到月球的萬有引力越大，離月球越遠的地點，其受到月球的萬有引力越小。

當萬有引力扣除向心力過後，就形成了我們所知的引潮力。

為什麼我的水杯不會漲潮？

但聽到這裡，大家或許會產生一個疑問：

既然引潮力可以把海水整個拉起來，那為什麼世界上其他的水體、物體並不會每天「漲潮」、「抬升」兩次呢？

在引潮力的解說中，我們很容易誤以為是引潮力將地、月連線的海水「抬升」，產生漲潮，然而這些中學課本學過的潮汐成因，只是「簡化」的說法。

上圖就是地球引潮力的分布圖，我們可以將黑色引潮力再分為兩個分量，分別是綠色的切線分量、紅色的向心分量，而Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ僅有向心方向的引潮力。

倘若你想像海水是被引潮力抬升、下降，那可就不太正確了！事實上，向心引潮力的作用很小、很小、很小，僅僅是地球重力的一千萬分之一，因此我們不可能依靠引潮力將海水吸起來、抬起來，或是向下壓扁，因為向心引潮力早就被地球的重力所抵消了。

比起朝向地心的引潮力，更嚴重影響海水升降的因素是「水平分量」的力，這些切線方向的力會把海水推向Ｂ、Ｄ的方向，造成海水相對隆起。

切線引潮力的作用遠大於向心引潮力，其原因有二：

1. 海水主要分布在地球表面，其水平衍伸遠大於其垂直的延伸
2. 垂直引潮力會與地球引力相互抗衡（而且引潮力遠小於地球引力），但水平引潮力不須和引力抗衡。

許多海洋科學的專書都指出，水平分量的引潮力才為推動海水、造成潮汐現象的真正原因。

過去所學的潮汐成因只簡單描述垂直引潮力產生潮汐，但其實垂直引潮力的作用遠小於水平引潮力的作用，科學的知識總是一環牽著一環，重要的往往不是背誦知識的結果，而是在理解過程中產生問題後，不斷反思形成的能力才是研究科學的精神！

不只引潮力，地形也有關係！

除卻上述講解的潮汐作用外，奎壁山沙灘與赤嶼中間的礫石道路，也是造成摩西分海其中一大原因。

澎湖赤嶼其實是一座與陸地相連的島嶼，因此在地形學中我們會將赤嶼視為「陸連島」，而連結奎壁山沙灘與赤嶼中間的道路即稱為「連島礫灘」。

因島嶼與陸地相連，海浪作用力相對減弱，更容易在連島礫灘產生堆積作用，當海浪逐漸接近岸邊時，同時受到海底地形與赤嶼島地形所產生的偏折現象，海浪帶來的砂石不斷在奎壁山與赤嶼島中間碰撞堆積，而逐漸堆積形成礫石道路。

一起踏上宛若摩西分海的神祕之旅吧！

最後一點提醒大家，適合前往赤嶼島的時間，並不是在水位最低的時候，畢竟水位最低的乾潮過後，便代表要開始漲潮了！

如果要欣賞摩西分海的現象，建議大家查詢中央氣象局網站，網站上會公布每天的滿乾潮時間，澎湖知識服務平台也有寫下前往赤嶼島步道開放的時間，只要動手 google 一下，便可以挑選到最適合的時間前往赤嶼唷！

備註

1. 雖作者以簡單舉例敘述地球、月球繞皆繞著地月共同質心旋轉，但實際上地球繞著地月質心旋轉時是進行圓形的平移運動，並非過往我們所理解的地球自轉現象。

1. 李名揚 (2009) 。潮起潮落，引力何來。科學人，116-118。
2. 余海峯 (2020) 。https://hfdavidyu.com/2020/12/28/explanation-of-tides/
3. 郭鴻基。《海洋潮汐力》。臺灣：國立臺灣大學大氣科學系 http://kelvin.as.ntu.edu.tw/Kuo_files/Sci/doc/Tide.pdf
4. Chiu-king Ng。海洋潮汐成因

受過良好教育的公民是我們作為自由人民生存的至關必要條件。

——托馬斯．杰斐遜（Thomas Jefferson），美國獨立宣言初稿作者

歲月匆匆，炎熱的 2019 年夏天轉眼又將一逝永不回地從身邊溜過！^註1不管你是喜熱怕冷或好冷惡熱，相信每個人都感覺到熱天的時間似乎是越來越長了！

在全球暖化的物理一文裡 （泛科學，3/22/2019） ，筆者就提到了本應該是陰冷的 12 月中旬，台灣卻天高氣爽，好像春天早已光臨寶島！這快速越來越熱的原因，目前大部分的科學家均認為是因為人類大量製造二氧化碳的結果，可是……早在有人類之前，夏天就比冬天炎熱多了，你知道為什麼嗎？

不知道應該不會太丟臉，因為在 1987 年一項對世界頂尖之哈佛大學畢業生訪問時，製片人發現在隨機取樣的 23 位畢業生中，只有兩位真正知道為什麼夏天比冬天炎熱！

迷思一：地球繞日軌道是橢圓形的，夏天比較靠近太陽

筆者記不得是什麼時候首次被問到和想到這個問題，但卻清清楚楚地記得當時直覺的答案是：因為地球繞日的軌跡是橢圓，當地球最近太陽時，當然就是夏天。相信這也是一般人最常見的答案（參見上面所提到之哈佛大學訪問紀錄片）。

因此科普作家、諾貝爾物理獎得主雷德曼（Leon Lederman）在「上帝的粒子（God Particle）」一書中，在提到上面那一調查的結果後，立即謂「順便說一下，答案並不是因為地球在夏天最近太陽」！

為什麼大部分人都犯了這樣的錯誤呢？除了「直覺地想當然耳」外，這可能要歸咎於報導科學的報章、雜誌、及書籍了：為了強調地球繞日的軌跡不是圓的，它們大都將橢圓形狀過度誇大了。例如下圖就是由「互動百科」地球绕太阳公转一文中拷貝下來的地球繞日軌跡^註2：

英文的「Wikipedia」 Earth’s orbit一文中誇張得更厲害了：

雖然文章中提醒讀者謂「該圖顯示了地球軌道的誇張形狀；實際軌道不像圖中那麼偏心」，但一般人是不會注意，只對圖形留下深刻的印象！事實上說地球繞日的軌跡是圓的可能還比較恰當：離太陽最近是冬天的一月，為 1.47 億公里；最遠時反而是炎夏的七月，但也只有 1.52 億公里──遠了不到 4%^註3！

迷思二：地球自旋軸傾斜讓北半球接近太陽

網路上的答案幾乎全謂是因地球的自轉軸是傾斜的關係（見下圖），然後解釋說：當北半球朝向太陽傾斜時，因為最接近太陽，所以最熱，即北半球的夏天；冬天則正好相反，南半球朝向太陽傾斜^註4，故南半球較熱（該地的夏天）。

從圖中我們可以看出，在北半球是夏天時，北半球確實是比較靠近太陽的，但相差有限（地球的直徑才13,000 公里而已）！前面說過，距離相差 0.05 億公里的繞日軌跡上兩點都不會造成冬夏之分，這微不足道的有限距差，怎會造成地球的四季呢？因此這一解釋是不對的！

解答在此：自轉傾斜，影響了太陽光照的角度

當光線垂直照射在地球表面時（表面與光線垂直），單位表面面積所接收到的能量強度將最大；如果表面與太陽光線成 45° 相交時，單位表面面積所接收到的能量就只有前者的 71％而已！從上圖我們可以看出，在夏天時，北半球表面大約有 1/3 的表面在中午時都是與太陽相當直角，而南半球則全在太陽斜照下！

這正是雷德曼的解釋：「地球的旋轉軸是傾斜的，所以當北半球朝向太陽傾斜時，光線更接近於垂直的表面，一半的地球因此享受到夏天； 另一個半球得到斜射線——冬天。 六個月後情況發生逆轉。」這種正確的解釋也出現在少數的網路文章裡。

但是筆者認為這只是部分因素，迼成夏冬溫差那麼大可能還有另一原因，那就是夏天時北半球受到陽光照射的時間比冬天長得多：例如北極整天都是白天（冬天時整天都是黑暗），舊金山日光照射的時間 15 小時（冬天 10 小時），台北市白天的時間 14 小時（冬天 11 小時）。但因為這些多出來的時間大多是太陽斜射，所以筆者就不知道是不是比較重要（有興趣的讀者不妨研究一下）。

科普的重點不是知識，而是邏輯與分析能力

雷德曼之所以提到哈佛大學的問卷結果，是因為有感於科技與日常生活越來越密切，在一個民主國家裡，如果民眾缺乏科學知識，如何能當國家的主人，參與政策的決定呢？相信所有「泛科學」的讀者都跟筆者一樣，完全同意這一看法！但你答對了嗎？說來慚愧，自認為是科普知識廣博的筆者，直覺的第一個答案竟然是錯的！

筆者一直鼓勵學生學習數學與物理，事實上一點都沒有希望每一個人都成為科學家，而是認為數理可以訓練邏輯思考與分析的能力。在這一科技飛速發展的時代裡，唯有具有這樣的能力才不會被淘汰。具有廣博科技知識是很好的，但如果缺少分析能力，是很容易被「花言巧語」辯倒的！

可悲的是，在越來越急功近利的社會裡，公司要找的新血常是要有經驗的畢業生（使得大學越來越像是一個職業訓練中心），而不是有基礎、肯學習及具分析思考能力的本科生。還有，筆者也一直鼓勵學生應該多多寫作：你可以完全「不負責任」地回答考卷，但要「白紙黑字」地寫下來^註5，那可得深思，確定每個論點的正確性！

備註

1. 投稿的時候是夏末，現已過了秋分。
2. 因地球繞日，太陽直射在赤道上面時，就是「春分」及「秋分」。春分後，直射點便慢慢往北移動，到北迴歸線時稱為「夏至」，開始往南迴歸，經過秋分點，到達南迴歸線──稱為「冬至」──後，又折回開始往北迴歸。如此生生不息，造成地球的四季。
3. 單位表面面積所接收到的能量與距離的平方成反比，因此最遠所受到的能量為最近的 92%。這一差距是造成南半球夏天時間比北半球夏天時間短的原因。
4. 北半球冬天（南半球夏天）時，圖中的光線將由左邊射到右邊；春、秋兩季的光線則分由圖面上、下射到對面。
5. 筆者在「科學月刊」發表「電動汽車值得發展嗎」（2013年7月）一文，經台灣立報轉載後，行政院環境保護署空氣保護及噪音管制處處長謝燕儒即投稿該報謂「電動汽車絕對應該發展」。在一個民主國家裡，這種討論不但是正確的，事實上還應該受到歡迎與鼓勵！但卻有一位讀者在網絡上留言謂筆者應回到專業，不要隨意發表門外漢意見（有關電動汽車是否值得發展的各種論點，請參考「我愛科學」，華騰文化有限公司，2017年12月出版）。請注意：這裡討論的是科普的範圍與國家政策的問題，而不是製造電池和汽車的專業知識！在一個健康的社會裡，人人都應該、且有能力參加這樣的討論！如果只有專家才能發表專門意見，那門外漢的筆者可以告訴你，依各行專家的意見，結論必定是：電動汽車一定要發展，核能電廠一定要建，原子彈一定要擁有，燃煤一定不能廢棄，藥一定要吃，刀一定要開，手機、電子香煙、阿片類藥物、5G等等絕對安全……。哦，差點忘了：筆者是學化學的，因此依筆者專家（？）的意見，化學一定要學！讀者請用邏輯分析一下：專家是靠什麼吃飯的？老王賣瓜，能不說瓜甜嗎？！

天文學家經由歐洲太空總署（ESA）赫歇爾太空望遠鏡（Herschel Space Observatory）觀測發現：北落師門（Fomalhaut）周圍有個塵埃帶（dusty belt），可能是每天數千顆冰彗星互相撞擊摧毀的結果。

北落師門是個相當年輕的恆星，僅約數千萬年而已，其質量約為太陽的2倍。天文學家於1980年代透過紅外天文衛星（IRAS）首度發現其周圍的塵埃帶；但透過赫歇爾太空望遠鏡的遠紅外波段最新影像，天文學家這才發現更多細節。比利時魯汶大學（University of Leuven）Bram Acke等人分析赫歇爾的觀測資料，發現塵埃帶中的塵埃溫度約在攝氏零下230到零下170度之間。然而，由於北落師門並非位在塵埃帶中間，而是稍微偏向南側，使得塵埃帶的南側比北側稍微溫暖一些、明亮一些。

數年前，透過哈柏太空望遠鏡的觀測，顯示塵埃帶窄而不對稱，天文學家認為其中可能有顆行星正在繞著北落師門公轉，而哈柏的可見光波段觀測資料，是蒐集被塵埃帶固體微粒散射的星光，由此推測的塵埃直徑約為數十毫米左右。而現在，透過赫歇爾太空望遠鏡的觀測，塵埃熱能特性推測，塵埃帶中的塵粒，顯然絕大多數是直徑只有數毫米而已的固態微粒（1毫米相當於百萬分之一米）。然而，如此一來，赫歇爾的觀測資料便與哈柏的資料衝突，兩者推測的微粒直徑相差了10倍以上。

為解決此矛盾衝突，Acke建議：這些塵粒必定是像太陽系中彗星遺留在軌道上的塵粒一樣，蓬蓬鬆鬆，並不紮實。如此一來，它的熱能特性和散射特性，就都能符合哈柏和赫歇爾觀測的結果了。

不過，解決了一個問題，卻又引發另一個問題：來自北落師門的明亮星光，應該會很快地就將這些小塵粒向外吹散；但事實卻是：北落師門周遭的塵粒數量龐大到不可思議的地步。唯一可以克服這個矛盾的答案，就是得不斷有新鮮的塵粒補充，而新鮮塵粒應該是來自稍大天體互相撞擊的結果。

為維持這個塵埃帶的現況，這些稍大天體的撞擊頻率必定相當驚人，據估計，相當於每天至少有2顆10公里級彗星互撞，或是有2000次1公里級彗星互撞，而且得互撞到完全粉碎的程度，才能滿足所需。Acke等人對此結論相當驚訝，因為對這些天文學家而言，這個要求的數量是個天文數字。

若要保持撞擊速率如此之高，那麼北落師門塵埃帶中的彗星數量必定高達2600億～83兆顆之多，其中所估之數量差別來自彗星大小。我們太陽系的歐特雲區（Oort Cloud）中所擁有的彗星數量與此相差不多，而歐特雲就是在太陽系處在像北落師門這麼年輕時，將太陽周圍塵埃盤中的物質向外散射而形成的。

資料來源：Herschel spots comet massacre around nearby star, 2012.04.11

轉載自台北天文館之網路天文館網站