被嫌棄的褐矮星的一生：只因為它恆星行星傻傻分不清|錚錚有聲

出品：科普中國

製作：王錚（中國科學院國家空間科學中心）

監製：中國科學院計算機網絡信息中心

我們聽那些宇宙科學的講座、課程時，經常聽到恆星、行星、衛星這樣的字眼。頭頂星空當中的一顆顆閃閃發光的星星，竟有各種各樣的不同！

那麼，恆星是什麼呢？恆星是那些能自己發光發熱的星星，咱們的太陽就是一顆恆星。學者們認為恆星的主要組成是等離子體，通過其自身重力保持在一起。它們內部進行著核反應，釋放出巨大的能量。

△布滿星辰的銀河（來源：Veer 圖庫）

而天空中明亮的金星、水星、火星、木星等等，雖然比大多數的星星要亮，但它們其實並不發光，都是反射的太陽光——它們離我們太近了，就好比夜間路邊玻璃窗反射的路燈倒影，也比10公裡外的路燈看起來更加明亮。通常我們指那些體積較大並且自己不發光發熱的天體為「行星」。

行星在科學上比較新也比較嚴格的定義是：

（1）必須是圍繞恆星運轉的天體；

（2）質量必須足夠大，來克服固體引力以達到流體靜力平衡的形狀（近於球體）；

（3）必須清除軌道附近區域，公轉軌道範圍內不能有比它更大的天體。

衛星則是圍繞行星運轉的天體。

△藝術圖：太陽系的行星圍繞恆星太陽運行（來源：Veer 圖庫）

因此，區分恆星和行星，一來是它們誰繞著誰轉，二來是是否發光發熱。恆星通常遠遠大於行星，因此根據萬有引力定律，基本是行星圍繞恆星轉。

那麼有個有趣的問題：恆星有沒有可能變成行星呢？要解決這個問題，我們首先要了解恆星的演化過程。

恆星的演化過程是怎樣的？

我們以太陽為例：太陽屬於一類被稱為主星序的恆星。這種恆星通過氫的核聚變在核心內形成氦並產生能量，且以光和熱的形式釋放出來。釋放的能量也能維持球形星球所需的壓力，所以太陽的物質不會向內塌陷。一般來說，恆星在這個階段可以停留大約100億年。

恆星核心所含的氫是有限的，一旦太陽耗盡了核心中的所有氫，核心的核聚變反應就會停止。核心開始向內塌陷，溫度升高。隨著核心變熱，恆星失去較外的一層，並開始膨脹，外層變冷，並呈現出微紅色的光芒。這種恆星現在被稱為紅巨星。紅巨星階段可以持續大約10億年。

△紅巨星藝術圖（來源：https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2019/09/Burning-atmosphere-of-red-giant-star-Imageyurchaks.jpg）

在紅巨星階段，恆星經過各種複雜的核反應，產生更多的能量來維持「壽命」，這些反應會逐漸耗盡它所含的氦，且只能暫時支撐住這樣一顆恆星。漸漸地，這些反應開始變得不穩定，因此恆星開始失去更多的外層。像太陽這樣的恆星會繼續這個過程，直到外層不斷脫落，暴露出核心，並進入被稱為白矮星的階段，最終慢慢冷卻並逐漸消失。

對於一顆質量大於太陽1.4倍的恆星來說，它核心向內坍縮後可能會爆發出巨大的爆炸，也就是所謂的超新星爆炸。這樣的爆炸會留下中子星或黑洞。

行星是如何形成的？

恆星形成時，周圍通常伴隨產生一個由氣體、塵埃和碎片組成的圓盤。這個圓盤中的塵埃粒子是巖石行星的組成部分。

由於重力和其他力的作用，這些粒子相互碰撞。如果碰撞很輕微（沒有反彈），這些粒子就會粘在一起。這個過程一直持續到形成質量稍大的巖石為止。在重力的幫助下，這些稍大的巖石可以把更多的粒子拉向它們。通過反覆進行這些過程，巖石可以成長成行星體，並繼續碰撞和融合形成行星。

如果一顆行星距離它圍繞飛行的恆星非常遠，那麼它的核心就會有很多冰凍的物質，形成的核心比較大，能夠吸引更多的氣體，最終會發展成一個氣態行星。

△形成行星過程的藝術圖（來源：https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2020/03/Protoplanetary-disk-Jurik-Peters.jpg）

從我們剛才講解的兩種過程中，大家可以認識到，當一顆恆星死亡時，它留下的碎片完全有可能再次聚集並形成新的恆星和行星。物質循環不息，恆星確實「變」成了行星。不過，多問一句，恆星能直接變成行星嗎？

有一種說法認為，有一種名為「褐矮星」的天體就是恆星變成的行星。

什麼是褐矮星？

褐矮星有時被稱為「失敗的恆星」。它們是體積太小不能成為恆星，但又太大而不能成為行星的天體，具有恆星和行星的混合特徵。與普通恆星一樣，它們常常位於一個恆星星系（就好像太陽系）的中心，並有行星圍繞著它們運行。

許多理論認為，褐矮星沒有足夠的引力來支持氫的核聚變。不過，它可以支持重氫（氘）的核聚變。

因此，一種理論認為，在褐矮星生命的早期，它從氘的核聚變反應中獲得能量，並發出熱量和光，就像一顆普通的恆星一樣。然而，氘在宇宙中的含量是有限的，所以褐矮星的氘燃料消耗得非常快。

在這之後，所有的反應都停止了，褐矮星完全停止了光和熱的發射，開始變暗，變冷，看上去更像一顆「行星」。最終結果會是一組行星圍繞著一顆巨大的中心「行星」運行。

△褐矮星藝術圖（來源：https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2020/03/Brown-Dwarf-starDiego-Baruccos.jpg）

這就回到我們一開始說的，如果只考慮是否發光發熱，那麼褐矮星與行星非常相近。但從嚴格的定義來說，行星的「行」包含了圍繞恆星「運動」的意思，褐矮星就並不是一顆真正的「行星」。

也許經過一些天災地變，這顆星球轉而圍繞另一顆恆星轉動運行了，那我們就可以很確切地說，它從一顆曾經發光發熱的恆星，變成了確確實實的行星。不過，褐矮星的觀測較少，我們並沒有關於這方面的觀測記錄。