其他恒星系统中是否也散布着冰态水？天文学家长期以来一直认为如此，这一推测部分基于此前对水蒸气等气态水的探测，以及水在我们太阳系中的普遍存在。
现在终于有了确凿证据：研究人员利用NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜提供的详细光谱数据，确认在距离地球155光年的一颗类太阳恒星周围的尘埃碎片盘中存在结晶水冰。（这里特别指出水冰，以区分宇宙中常见的其他冰态分子，比如二氧化碳冰，也就是“干冰”。）早在2008年，NASA退役的斯皮策太空望远镜的数据就曾暗示该系统中可能存在冰态水。
“韦伯望远镜清晰地探测到的不仅仅是水冰，而是结晶水冰，这种类型的水冰也在土星光环和太阳系的柯伊伯带冰质天体中发现过。”该研究的第一作者、美国马里兰州约翰斯·霍普金斯大学助理研究科学家谢晨（音译，Chen Xie）表示。
韦伯探测到的所有水冰都与碎片盘中的微小尘埃颗粒结合，就像极其微小的“脏雪球”。这项研究结果已于本周三发表在《自然》杂志上。
天文学家们等待这类确凿数据已久。“25年前，我还是研究生时，我的导师就告诉我，碎片盘中应该存在冰，但在韦韦伯之前，我们没有足够灵敏的仪器来进行这类观测。”论文合著者、位于巴尔的摩的太空望远镜科学研究所副天文学家克里斯汀·陈（Christine Chen）说。“最令人震撼的是，这些数据与韦布最近对太阳系柯伊伯带天体的观测结果极为相似。”
水冰是年轻恒星周围行星盘中的关键成分，它对类木行星的形成有着重要影响，同时也可能通过像彗星、小行星等小天体将水带到已形成的岩质行星上。如今，随着韦布望远镜成功探测到水冰，研究人员为进一步探索这些过程在其他行星系统中的演变打开了新的大门。
图示：恒星HD 181327周围的碎片盘（艺术概念图）
研究人员借助NASA詹姆斯·韦布太空望远镜，首次确认在一颗类太阳恒星周围的尘埃碎片盘中存在结晶水冰。韦伯探测到的所有水冰都与盘中细小尘埃颗粒结合。大部分水冰分布在离恒星最远、最寒冷的区域。研究人员发现，离恒星越近，水冰含量越少。
影像来源: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
岩石、尘埃、冰块的狂舞
这颗恒星被编录为HD 181327，远比我们的太阳年轻，仅约2,300万岁，而太阳已有46亿年。该恒星质量略大于太阳，温度更高，因此形成了一个稍大的行星系统。
韦伯的观测确认该恒星与其碎片盘之间存在一个明显的空隙——一大片几乎没有尘埃的区域。更远处的碎片盘则与我们太阳系的柯伊伯带类似，那里的矮行星、彗星以及其他冰与岩石碎片经常相互碰撞。数十亿年前，我们的柯伊伯带很可能与HD 181327的碎片盘类似。
“HD 181327是一个非常活跃的系统。”谢晨（Chen Xie）表示。“其碎片盘中持续发生碰撞。当这些冰质天体碰撞时，会释放出微小的尘埃水冰颗粒，非常适合韦伯探测。”
冰冻水——几乎无处不在
水冰在该系统中的分布并不均匀。大多数水冰集中在最寒冷、最远离恒星的区域。“碎片盘的外围区域，水冰含量超过20%。”谢晨说。
而离恒星越近，探测到的水冰越少。在碎片盘的中部区域，韦伯探测到约8%的水冰，这里的水冰可能产生速度略高于其被破坏的速度。而在最接近恒星的区域，韦伯几乎探测不到水冰。推测是恒星的紫外线将靠近的水冰颗粒蒸发殆尽；也有可能是一些被称为微行星（planetesimals）的岩石将水冰锁在内部，这些韦伯无法探测到。
该研究团队以及其他研究人员将继续在银河系中搜索并研究碎片盘和活跃行星系统中的水冰。“水冰的存在有助于促进行星的形成。”谢晨表示。“这些冰质物质也可能在数亿年后被‘输送’到像这样系统中的类地行星上。”
研究人员使用韦伯望远镜的近红外光谱仪（NIRSpec）对HD 181327进行了观测，该仪器对只能在太空中探测到的极其微弱的尘埃颗粒具有超高灵敏度。
詹姆斯·韦伯太空望远镜是全球领先的空间科学天文台。韦伯正在破解太阳系的奥秘，探索围绕其他恒星的遥远世界，深入探测宇宙及我们在其中的位置的神秘结构和起源。韦伯由NASA领导，合作伙伴包括欧洲空间局（ESA）和加拿大航天局（CSA）。
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参考来源:
Another First: NASA Webb Identifies Frozen Water in Young Star System
