来源:中国科普博览

  我们听那些宇宙科学的讲座、课程时,经常听到恒星、行星、卫星这样的字眼。头顶星空当中的一颗颗闪闪发光的星星,竟有各种各样的不同!

  那么,恒星是什么呢?恒星是那些能自己发光发热的星星,咱们的太阳就是一颗恒星。学者们认为恒星的主要组成是等离子体,通过其自身重力保持在一起。它们内部进行着核反应,释放出巨大的能量。

布满星辰的银河(来源:Veer 图库)布满星辰的银河(来源:Veer 图库)

  而天空中明亮的金星、水星、火星、木星等等,虽然比大多数的星星要亮,但它们其实并不发光,都是反射的太阳光——它们离我们太近了,就好比夜间路边玻璃窗反射的路灯倒影,也比10公里外的路灯看起来更加明亮。通常我们指那些体积较大并且自己不发光发热的天体为“行星”。

  行星在科学上比较新也比较严格的定义是:

  (1)必须是围绕恒星运转的天体;

  (2)质量必须足够大,来克服固体引力以达到流体静力平衡的形状(近于球体);

  (3)必须清除轨道附近区域,公转轨道范围内不能有比它更大的天体。

  卫星则是围绕行星运转的天体。

艺术图:太阳系的行星围绕恒星太阳运行(来源:Veer 图库)艺术图:太阳系的行星围绕恒星太阳运行(来源:Veer 图库)

  因此,区分恒星和行星,一来是它们谁绕着谁转,二来是是否发光发热。恒星通常远远大于行星,因此根据万有引力定律,基本是行星围绕恒星转。

  那么有个有趣的问题:恒星有没有可能变成行星呢?要解决这个问题,我们首先要了解恒星的演化过程。

  恒星的演化过程是怎样的?

  我们以太阳为例:太阳属于一类被称为主星序的恒星。这种恒星通过氢的核聚变在核心内形成氦并产生能量,且以光和热的形式释放出来。释放的能量也能维持球形星球所需的压力,所以太阳的物质不会向内塌陷。一般来说,恒星在这个阶段可以停留大约100亿年。

  恒星核心所含的氢是有限的,一旦太阳耗尽了核心中的所有氢,核心的核聚变反应就会停止。核心开始向内塌陷,温度升高。随着核心变热,恒星失去较外的一层,并开始膨胀,外层变冷,并呈现出微红色的光芒。这种恒星现在被称为红巨星。红巨星阶段可以持续大约10亿年。

红巨星艺术图(来源:https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2019/09/Burning-atmosphere-of-red-giant-star-Imageyurchaks.jpg) 红巨星艺术图(来源:https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2019/09/Burning-atmosphere-of-red-giant-star-Imageyurchaks.jpg)

  在红巨星阶段,恒星经过各种复杂的核反应,产生更多的能量来维持“寿命”,这些反应会逐渐耗尽它所含的氦,且只能暂时支撑住这样一颗恒星。渐渐地,这些反应开始变得不稳定,因此恒星开始失去更多的外层。像太阳这样的恒星会继续这个过程,直到外层不断脱落,暴露出核心,并进入被称为白矮星的阶段,最终慢慢冷却并逐渐消失。

  对于一颗质量大于太阳1.4倍的恒星来说,它核心向内坍缩后可能会爆发出巨大的爆炸,也就是所谓的超新星爆炸。这样的爆炸会留下中子星或黑洞。

  行星是如何形成的?

  恒星形成时,周围通常伴随产生一个由气体、尘埃和碎片组成的圆盘。这个圆盘中的尘埃粒子是岩石行星的组成部分。

  由于重力和其他力的作用,这些粒子相互碰撞。如果碰撞很轻微(没有反弹),这些粒子就会粘在一起。这个过程一直持续到形成质量稍大的岩石为止。在重力的帮助下,这些稍大的岩石可以把更多的粒子拉向它们。通过反复进行这些过程,岩石可以成长成行星体,并继续碰撞和融合形成行星。

  如果一颗行星距离它围绕飞行的恒星非常远,那么它的核心就会有很多冰冻的物质,形成的核心比较大,能够吸引更多的气体,最终会发展成一个气态行星。

形成行星过程的艺术图(来源:https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2020/03/Protoplanetary-disk-Jurik-Peters.jpg)形成行星过程的艺术图(来源:https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2020/03/Protoplanetary-disk-Jurik-Peters.jpg)

  从我们刚才讲解的两种过程中,大家可以认识到,当一颗恒星死亡时,它留下的碎片完全有可能再次聚集并形成新的恒星和行星。物质循环不息,恒星确实“变”成了行星。不过,多问一句,恒星能直接变成行星吗?

  有一种说法认为,有一种名为“褐矮星”的天体就是恒星变成的行星。

  什么是褐矮星?

  褐矮星有时被称为“失败的恒星”。它们是体积太小不能成为恒星,但又太大而不能成为行星的天体,具有恒星和行星的混合特征。与普通恒星一样,它们常常位于一个恒星星系(就好像太阳系)的中心,并有行星围绕着它们运行。

  许多理论认为,褐矮星没有足够的引力来支持氢的核聚变。不过,它可以支持重氢(氘)的核聚变。

  因此,一种理论认为,在褐矮星生命的早期,它从氘的核聚变反应中获得能量,并发出热量和光,就像一颗普通的恒星一样。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。

  在这之后,所有的反应都停止了,褐矮星完全停止了光和热的发射,开始变暗,变冷,看上去更像一颗“行星”。最终结果会是一组行星围绕着一颗巨大的中心“行星”运行。

褐矮星艺术图(来源: https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2020/03/Brown-Dwarf-starDiego-Baruccos.jpg)褐矮星艺术图(来源: https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2020/03/Brown-Dwarf-starDiego-Baruccos.jpg)

  这就回到我们一开始说的,如果只考虑是否发光发热,那么褐矮星与行星非常相近。但从严格的定义来说,行星的“行”包含了围绕恒星“运动”的意思,褐矮星就并不是一颗真正的“行星”。

  也许经过一些天灾地变,这颗星球转而围绕另一颗恒星转动运行了,那我们就可以很确切地说,它从一颗曾经发光发热的恒星,变成了确确实实的行星。不过,褐矮星的观测较少,我们并没有关于这方面的观测记录。


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