被嫌弃的褐矮星的一生：只因为它恒星行星傻傻分不清

　　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）

　　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）

　　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）

　　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）

　　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）

　　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。