空间望远镜科学研究所天文学家 Sarah Betti 领衔的团队于 2026 年 11 月 12 日在《Science》发表研究，利用 James Webb 太空望远镜（JWST）的近红外光谱仪（NIRSpec），在距离地球约 64 光年、年龄约 2000 万年的恒星绘架座 β（Beta Pictoris）周围的碎片盘中，首次直接测到了固态水冰与二氧化碳冰的混合特征。外界快讯普遍将这一发现简化为“望远镜找到了比恒星更老的冰”，但 JWST 并没有能力给 64 光年外的冰块做放射性同位素测年；所谓更古老，是天文学家根据低于 7% 的水冰结晶度和约 1:10 的二氧化碳与水混合比倒推出来的热力学铁证。
这项观测解决了一个困扰天文学界自 1984 年首次拍摄到绘架座 β 尘埃盘以来的老难题：该系统中一直存在大量一氧化碳气体，而恒星强烈的紫外线辐射本该在 50 到 300 年内将这些气体彻底摧毁。气体能持续存在，说明盘内必定有富含挥发物的冰体在通过碰撞不断补充气源，但此前所有针对水蒸气和 3 微米波长纯水冰吸收峰的搜寻全部落空。JWST 在 0.6 至 5.2 微米波段的高灵敏度全光谱扫描揭开了谜底——这里的冰不是纯冰，而是把二氧化碳分子锁在无序水分子网格里的“脏玻璃冰”，正是这种混合结构让它在紫外线轰击下活了下来。
零下 173 摄氏度的热力学铁证：分子结构如何替望远镜断代
断定这些冰比 2000 万岁的绘架座 β 更古老，依据在于水分子凝结时的热力学不可逆性。水在温和温度下结冰时，水分子有足够的时间和能量排列成整齐的晶格，形成结晶冰，并在略高于 3 微米波长处留下尖锐的光谱峰值；而在 Betti 团队于 2023 年 12 月 7 日采集的绘架座 β 盘面光谱中，这个尖峰消失了，取而代之的是无定形水冰特有的平缓特征。
无定形水冰是一种分子就地速冻、来不及排队就粘连在一起的玻璃态固体，只有在低于 100 开尔文（约零下 173 摄氏度）的极寒环境中才能形成并保持稳定。一旦这些冰在恒星形成或原行星盘演化阶段经历过高温气化再凝结，就会变成结晶冰，且混在里面的易挥发二氧化碳也会趁机逃逸。
研究团队在距离恒星两侧各约 100 天文单位的位置提取了详细光谱，发现二氧化碳冰在 4.27 微米（含碳-13 同位素则在 4.39 微米）的吸收峰比实验室纯二氧化碳冰更宽，且向短波方向偏移。这说明二氧化碳分子不是独立结冰，而是以约 11% 的比例被困在水冰内部——这一数值正好落在太阳系彗星 2.5% 至 30% 的实测区间，以及其它新生恒星盘 7% 至 20% 的范围内。
望远镜看到的不是写着年份的墓志铭，而是一块从星际分子云起就没融化过的分子活化石。
既保留了低于 7% 的超低结晶度，又锁住了高比例的挥发性二氧化碳，唯一的物理推论就是这批冰早在绘架座 β 坍缩发光之前，就已经在寒冷致密的星际分子云尘埃颗粒上凝结成型了。之所以能在演化程度已经很高、且已孕育出三颗行星的绘架座 β 晚期碎片盘里均匀分布，靠的是大型星子与彗星的频繁剧烈撞击，把封存在母体深处、避开了恒星辐射烘烤的原始陈冰不断翻出来抛洒到盘面上。
继承还是重置：星际水源进入行星系统的两条证据链交锋
绘架座 β 的发现之所以在天体化学界分量极重，是因为它直接踩进了“行星水源究竟是原封不动继承自星际云，还是在原行星盘高温熔炉里彻底化学重置”的长期论战，并且把星际冰幸存的证据一路从早期的原恒星包层推到了晚期的成熟碎片盘。
在这场溯源战中，天文学家手里其实握着两条截然不同但互为印证的证据链：一条是 JWST 主导的固态冰晶格与混合度光谱，另一条是以阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）为代表的气相重水同位素（氘代水）测量。星际分子云的极低温有利于氘（D）原子的富集，如果原始冰未经高温重置，重水比例就会维持高位。
把 2025 至 2026 年的多项前沿观测拼在一起，就能看清星际水冰在跨入行星系统时经历的真实闯关过程：
| 观测目标与演化阶段 | 核心观测设备与团队 | 关键测量指标 | 对水源演化的实质指向 |
|---|---|---|---|
| L1527 IRS（低质量原恒星包层） | JWST NIRSpec + MIRI（Slavicinska 等，2025） | 固态冰 HDO/H2O 为 4.4×10⁻³ | 证实星际水冰在恒星形成早期仅受有限改造即可留存 |
| V883 Ori（爆发加热原行星盘） | ALMA（Leemker 等，2025） | 气相双氘代水 D2O/H2O 为 3.2×10⁻⁵ | 比单氘代水更敏感，确认盘内水未经历高温化学重置 |
| 猎户座 132-1832（原行星盘） | JWST NIRSpec（Potapov 等，2026） | 2–5 微米首次探测 HDO 冰并给出上限 | 揭示盘内存在高效的冰加工处理，并非完全静止保留 |
| 5 个侧向原行星盘对比 | JWST（Bergner 与 JEDIce 团队，2026） | 一氧化碳（CO）冰混合物特征 | 证明盘中冰是原始星际继承物质与盘内后期加工的结合体 |
| Beta Pictoris（晚期成熟碎片盘） | JWST NIRSpec（Betti 等，2026） | 水冰结晶度 < 7%，CO2 混合比 11% | 证明原始星际冰可封存于星子内部，一路幸存至行星成型后 |
这组对照戳破了一个容易产生的科学误区：承认绘架座 β 的冰“比恒星更老”，绝不等于星际水冰进入任何行星系统都是 100% 原封不动地全盘继承。
Alexey Potapov 团队在 2026 年 6 月提交的猎户座 132-1832 原行星盘预印本研究，以及 Jennifer Bergner 与 JEDIce 团队同年对 5 个侧向原行星盘的对比研究都敲响了警钟：原行星盘内部的加热、选择性解吸和同位素交换会持续改造冰层的化学成分。
- 提醒.单看 JWST 的红外光谱还存在一个观测方法学陷阱——Potapov 团队指出，谱线饱和与散射光效应会压低普通水冰（H2O）的表观丰度，从而人为推高重水（HDO/H2O）的测算比值；而且即便经历了大量盘内化学再加工，单纯的 HDO/H2O 高比值依然可能维持不变。
这也是为什么现在申请大型望远镜时间的天体化学团队，越来越倾向于把 JWST 的固态晶格光谱与 ALMA 的气相双氘代水（D2O）观测捆绑使用。单靠绘架座 β 的一次光谱，Betti 团队也承认无法精确敲定其中混入的微量结晶冰到底占多少，同样无法排除这块“脏冰”里还藏着其它未被识别的分子。但对于研究地球与太阳系彗星起源的行星科学家而言，64 光年外这盘依然在靠碰撞翻新星际陈冰的碎片，已经把最重要的底牌亮了出来：构建富水宜居行星的原材料不需要等恒星自己去合成，早在恒星点火之前，它们就已经作为星际分子云的标配铺满整个星系了。