ALMA首篇观测发现 北落师门行星质量没那大
▲北落师门外围绕着尘埃环，蓝色部份由哈柏望远镜拍摄，ALMA取得的图像是右半部橘色的部份。(文／中研院天文网)
国际中心／综合报导
在天空中距离地球仅只有25光年，并且比太阳更亮20倍的「北落师门」，天候良好时肉眼就可看到，它的名气有一部分来自于冰环内部的行星Form b，却又难以确认它是否存在，在ALMA的新观测中谜底揭晓，这颗恒星的薄冰环有两颗行星，而且行星质量远小于原先认定，不会比地球大很多倍，而非土星大小。
北落师门(Fomalhaut)是一颗非常年轻的恒星，年龄只有2至3亿岁，本身是个明显易见的天体，在2008年时，就有学者透过哈柏望远镜观测到这颗恒星的冰环内部似乎有一个移动的天体，取名Form b，不过Form b究竟是否存在，因为难以确认，一度曾是天文学里的暗哑之谜，一时无人能解。
不过，阿塔卡玛大型毫米波天线阵（Atacama Large Millimeter Array，ALMA）的新观测中已经开始为大家揭晓这个谜底。它证实这个薄冰环无论内缘和外缘都是很锐利地突然切断的。在数值模拟更进一步协助下，科学家认定：在环中的尘埃粒子其实是受到两颗行星的重力牵制，被局限在环中。两颗行星中，一颗行星距离恒星是比环近，另一颗则比较远。
薄冰环内、外缘锐利地突然切断，两颗行星重力牵制尘埃粒子
模拟结果也得出行星质量的可能大小，比火星略大，但不会比地球大很多倍，这让天文学家跌破眼镜，因为原先估得太大了。2008年时，哈柏望远镜观测这颗内侧行星时，曾以为这颗行星比土星还大，土星是太阳系中排名第二大的行星，不过后续的红外线观测，却没能找到这颗行星的影踪。
哈柏在可见光波段所观测到的极微小的粒子、因为被恒星的辐射向外推，使尘埃环结构变得有些模糊难辨。但ALMA是在比可见光波更长的波段里进行观测，它找到一些体积较大一点点的尘埃粒子，直径约1毫米，并未受到母星的辐射而被推动，因此在ALMA的观测下，就可以清楚显示出盘的锐利边缘及状似「戒指」的环形结构，这可能是两颗行星重力作用造成的结果。
佛罗里达大学教授Aaron Boley表示，「结合ALMA观测到的戒指环状以及电脑模型得出的结果，我们能为任何靠近环结构附近的行星可能的质量大小和轨道很明确地订出上下限。」Boley还补充说，「我们认为这些行星的质量必然是非常小；否则行星应该已经把环状结构破坏。」而正因行星的质量小，或许可以解释为什么先前的红外线观测里看不到它。
薄冰环距离母恒星有140AU，意味着行星温度极低
同样也来自佛罗里达大学的Matthew Payne表示，ALMA的研究显示环状结构宽度约为日地距离(约1亿5000万公里)的16倍，厚度则只有宽度的1/7，「这个环也比先前所以为的更窄、更薄。」
Aaron Boley表示：「这个环距离母恒星有140AU(AU，1天文单位，即日地距离)相较之下，在太阳系中，连冥王星距离太阳也只有40AU。运转在距离恒星这么远的轨道上并且质量又这么小，意味着这些行星，有可能是我们目前已知，绕行正常恒星的行星当中，温度最低者。」
科学家进行北落师门观测的时间是2011年9月左右，当时66个天线碟还只完成了1/4。ALMA这座崭新的望远镜，目前仍在施工中，明年全部完成时，完整系统将具有更强的观测能力。即便是尚未完工，现在的ALMA也已经开始能为先前在毫米级观测中困惑人的问题揭开朦胧面纱。
在ALMA协助下，天文学家获得极有价值的证据，可明了这类行星系统如何形成和演化。本篇研究发现是ALMA进入公开观测后阶段的第一篇科学论文发表。
附注：科学家第一次观测到行星(或卫星)使尘埃环维持着锋利边缘的作用，是在1980年当航海家1号(Voyager 1)飞抵土星时，它取得了土星环系统的细部图像。
以太阳系的天王星为例，其卫星Cordelia和Ophelia也是「圈牧」着天王星的epsilon环，正和本次ALMA对北落师门所观测到的现象一样，有着「环缘很锐利」的特色。这种会将行星环加以限制的卫星有个浪漫的名字：「牧羊卫星」。
卫星或行星是借由重力效应局限住尘埃环，原因是在环内的行星绕行恒星的速度比环上的尘埃粒子还更快，它的重力为粒子增加能量，将它们向外推。在环外的行星，速度则比尘埃粒子慢，其重力减慢了粒子的能量，使它们略向内缩。(文／中研院天文网)