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流浪行星:银河系里有多少个没有太阳的世界

2013年秋天,夏威夷哈雷阿卡拉山顶的一台望远镜在几分钟内反复拍下同一片天空。数据处理后,天文学家盯住了一个异常亮点:它年轻、炽热,表面温度约1100开尔文(约800多摄氏度),却找不到任何一颗属于它的恒星。它被编号为PSO J318.5-22,距离我们约80光年,光要走80年才能到那里;而你手机里的一段视频,光只需零点几秒。

它是一颗流浪行星:不绕任何恒星公转、独自在星际空间漂流的行星质量天体。

没有灯塔的船

一句话定义:流浪行星是质量够不上恒星、却又没有“母星”可以围绕的天体。它自己不发光,只靠形成时留下的余热,在红外波段散出一点微弱的光。

打个比方:普通行星像绕着灯塔打转的船,航线固定、灯火可循;流浪行星则是灯塔熄灭之后自己在海上漂的船——没人给它发航线,也没人给它补给燃料。

恒星靠核心的氢核聚变发光。要跑通这条路,天体质量至少得达到太阳的约8%,也就是约80倍木星质量。流浪行星大多只有木星质量的几倍到十几倍,这个门槛永远跨不过去。所以它们只能越来越暗、越来越冷。

怎么看见一块不发光的东西

多数流浪行星太暗,望远镜直接拍不到。天文学家靠一种叫微引力透镜的现象找它们:质量会弯曲周围的时空,当一颗流浪行星恰好从一颗遥远恒星前面经过,它的引力就像一块看不见的放大镜,把背景星光短暂聚拢、提亮。

关键在于时间。亮度上升再回落能持续多久,取决于中间那个“透镜”有多重:一颗恒星经过,亮度变化能拖几个月;木星质量的天体,只有一两天;地球质量的天体,只有几小时。天文学家就是靠这段闪光时长,给看不见的东西称重。

它们从哪来

目前有两条主要思路,都还没有定论。

一条是“被赶出家门”。行星系统年轻时轨道往往不稳定,几颗巨行星互相拉扯,像台球开球,总有一颗被撞到逃逸速度之外,从此飞出星系。计算机模拟显示,这个过程在行星系统诞生后的头几亿年相当常见。有假说认为太阳系早期也发生过类似的事:一颗巨行星被木星或土星弹了出去,这被用来解释外太阳系某些小天体的轨道异常——但目前尚无定论。

另一条是“打一开始就没家”。分子云坍缩成恒星时,如果某团气体质量太小、点不着核聚变,就可能直接坍缩成一颗行星质量的天体。这类天体本质更接近“失败的恒星”,也就是褐矮星的下端。

银河系里有多少

这是争议最大的一块。2011年一项基于微引力透镜巡天的研究曾提出,木星质量的流浪行星数量可能是主序星的两倍;后续分析和2023年的新数据把这个数字大幅下调,不同团队的估计至今仍相差一个数量级以上。比较稳妥的说法是:这类天体的总数可能与恒星数量相当,或者更少——尚无定论。

作为参照,银河系的恒星有一千亿颗以上。哪怕每颗恒星只对应零点几个流浪行星,也意味着数以千亿计的世界在黑暗中漂流,而我们目前确认的候选体只有几十个。

上面冷吗

太阳光照到地球约需8分钟。一旦脱离太阳,海洋会在数周内结冰,几千年后地表温度会逼近零下270摄氏度——没有恒星,就没有能量输入。

但在厚重大气、或潮汐加热(引力反复揉搓天体内部,把机械能变成热)的设想里,某些流浪行星也许能保住液态水。这类推想目前只是假说,没有任何观测证据支持,尚无定论。

回到那颗没有太阳的行星

PSO J318.5-22 如今仍在同一片天空里漂移,速度达到每秒几十公里,比地球绕太阳跑得还快上约一倍。它不属于任何一颗恒星,也没有一年四季。

未来几年,欧几里得空间望远镜和罗曼空间望远镜的巡天,会把这类天体的样本从几十个推向几千个。到那时,我们要回答的第一个问题,已经不再是“它们存在吗”,而是——它们到底该叫行星,还是该叫别的什么。

  • 卡尔·萨根《宇宙》(Cosmos)
  • BBC纪录片《行星》(The Planets,2019)
  • NASA系外行星档案:exoplanetarchive.ipac.caltech.edu
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文章名称:流浪行星:银河系里有多少个没有太阳的世界
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