我們(men) 聽那些宇宙科學的講座、課程時,經常聽到恒星、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!
那麽(me) ,恒星是什麽(me) 呢?恒星是那些能自己發光發熱的星星,咱們(men) 的太陽就是一顆恒星。學者們(men) 認為(wei) 恒星的主要組成是等離子體(ti) ,通過其自身重力保持在一起。它們(men) 內(nei) 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(men) 其實並不發光,都是反射的太陽光——它們(men) 離我們(men) 太近了,就好比夜間路邊玻璃窗反射的路燈倒影,也比10公裏外的路燈看起來更加明亮。通常我們(men) 指那些體(ti) 積較大並且自己不發光發熱的天體(ti) 為(wei) “行星”。
行星在科學上比較新也比較嚴(yan) 格的定義(yi) 是:
(1)必須是圍繞恒星運轉的天體(ti) ;
(2)質量必須足夠大,來克服固體(ti) 引力以達到流體(ti) 靜力平衡的形狀(近於(yu) 球體(ti) );
(3)必須清除軌道附近區域,公轉軌道範圍內(nei) 不能有比它更大的天體(ti) 。
衛星則是圍繞行星運轉的天體(ti) 。

藝術圖:太陽係的行星圍繞恒星太陽運行(來源:Veer 圖庫)
因此,區分恒星和行星,一來是它們(men) 誰繞著誰轉,二來是是否發光發熱。恒星通常遠遠大於(yu) 行星,因此根據萬(wan) 有引力定律,基本是行星圍繞恒星轉。
那麽(me) 有個(ge) 有趣的問題:恒星有沒有可能變成行星呢?要解決(jue) 這個(ge) 問題,我們(men) 首先要了解恒星的演化過程。
恒星的演化過程是怎樣的?
我們(men) 以太陽為(wei) 例:太陽屬於(yu) 一類被稱為(wei) 主星序的恒星。這種恒星通過氫的核聚變在核心內(nei) 形成氦並產(chan) 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(hui) 向內(nei) 塌陷。一般來說,恒星在這個(ge) 階段可以停留大約100億(yi) 年。
恒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(hui) 停止。核心開始向內(nei) 塌陷,溫度升高。隨著核心變熱,恒星失去較外的一層,並開始膨脹,外層變冷,並呈現出微紅色的光芒。這種恒星現在被稱為(wei) 紅巨星。紅巨星階段可以持續大約10億(yi) 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,恒星經過各種複雜的核反應,產(chan) 生更多的能量來維持“壽命”,這些反應會(hui) 逐漸耗盡它所含的氦,且隻能暫時支撐住這樣一顆恒星。漸漸地,這些反應開始變得不穩定,因此恒星開始失去更多的外層。像太陽這樣的恒星會(hui) 繼續這個(ge) 過程,直到外層不斷脫落,暴露出核心,並進入被稱為(wei) 白矮星的階段,最終慢慢冷卻並逐漸消失。
對於(yu) 一顆質量大於(yu) 太陽1.4倍的恒星來說,它核心向內(nei) 坍縮後可能會(hui) 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(hui) 留下中子星或黑洞。
行星是如何形成的?
恒星形成時,周圍通常伴隨產(chan) 生一個(ge) 由氣體(ti) 、塵埃和碎片組成的圓盤。這個(ge) 圓盤中的塵埃粒子是岩石行星的組成部分。
由於(yu) 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(hui) 粘在一起。這個(ge) 過程一直持續到形成質量稍大的岩石為(wei) 止。在重力的幫助下,這些稍大的岩石可以把更多的粒子拉向它們(men) 。通過反複進行這些過程,岩石可以成長成行星體(ti) ,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恒星非常遠,那麽(me) 它的核心就會(hui) 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(ti) ,最終會(hui) 發展成一個(ge) 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(cong) 我們(men) 剛才講解的兩(liang) 種過程中,大家可以認識到,當一顆恒星死亡時,它留下的碎片完全有可能再次聚集並形成新的恒星和行星。物質循環不息,恒星確實“變”成了行星。不過,多問一句,恒星能直接變成行星嗎?
有一種說法認為(wei) ,有一種名為(wei) “褐矮星”的天體(ti) 就是恒星變成的行星。
什麽(me) 是褐矮星?
褐矮星有時被稱為(wei) “失敗的恒星”。它們(men) 是體(ti) 積太小不能成為(wei) 恒星,但又太大而不能成為(wei) 行星的天體(ti) ,具有恒星和行星的混合特征。與(yu) 普通恒星一樣,它們(men) 常常位於(yu) 一個(ge) 恒星星係(就好像太陽係)的中心,並有行星圍繞著它們(men) 運行。
許多理論認為(wei) ,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(wei) ,在褐矮星生命的早期,它從(cong) 氘的核聚變反應中獲得能量,並發出熱量和光,就像一顆普通的恒星一樣。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(hui) 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(men) 一開始說的,如果隻考慮是否發光發熱,那麽(me) 褐矮星與(yu) 行星非常相近。但從(cong) 嚴(yan) 格的定義(yi) 來說,行星的“行”包含了圍繞恒星“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恒星轉動運行了,那我們(men) 就可以很確切地說,它從(cong) 一顆曾經發光發熱的恒星,變成了確確實實的行星。不過,褐矮星的觀測較少,我們(men) 並沒有關(guan) 於(yu) 這方麵的觀測記錄。
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