宇宙中的“行星孤兒”

⊙張唯誠

在宇宙中，并不是所有行星都圍繞著恒星運(yùn)行，其中的一些行星往往獨(dú)自漂泊，孤獨(dú)地穿行于我們的星系。如今，天文學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了一顆這樣的行星，它是迄今人們發(fā)現(xiàn)的這類行星中最小的一顆，其質(zhì)量大致與地球相當(dāng)。這顆行星上只有夜晚，這是因?yàn)樗奶炜罩袥]有太陽，導(dǎo)致它的天空比地球的夜空更暗，閃爍著更多的星星。

發(fā)現(xiàn)這顆行星的團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人、美國加州理工學(xué)院的天文學(xué)家玻舒米可·姆羅茲認(rèn)為，這顆行星的天空一定被群星裝扮得非常美麗，但這是有代價(jià)的——由于沒有太陽，它上面一定很冷。

在過去的20年里，天文學(xué)家在我們的星系中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了20余顆這樣的“漂泊者”。由于沒有可繞之運(yùn)行的恒星，它們被天文學(xué)家形容為行星中的“孤兒”。它們中的大多數(shù)是大的氣體星，這使得它們更像木星，而不是像地球。科學(xué)家們認(rèn)為，這個小小的群體只是冰山的一角，僅僅在我們的銀河系中，可能就有數(shù)十億顆這樣的行星正等待著被發(fā)現(xiàn)。

能否算作行星

天文學(xué)家們推測，這種“行星孤兒”原本可能形成于像太陽系這樣的行星系統(tǒng)中，后來被某種物質(zhì)“踢”了出去。例如，某種來自其他地方的強(qiáng)大引力，或者一顆經(jīng)過的恒星靠得太近了，它的引力將一兩顆行星從那個行星系統(tǒng)中拽了出來。美國新墨西哥大學(xué)的天文學(xué)家戴安娜·德拉戈米爾推測，這顆新發(fā)現(xiàn)的“行星孤兒”可能在形成的時(shí)候就距離它繞之運(yùn)行的母星很遠(yuǎn)，否則恒星的引力會阻止它逃逸。戴安娜·德拉戈米爾的工作是在太陽系外發(fā)現(xiàn)有可能存在生命的行星。她認(rèn)為，這種與恒星保持一定距離的相對較小的行星是的確可以變成“流浪行星”的。

大多數(shù)人認(rèn)為，行星是圍繞恒星運(yùn)行的物體，實(shí)際上，國際天文學(xué)聯(lián)合會也是這樣定義行星的。這使得“流浪行星”失去了成為標(biāo)準(zhǔn)行星的一個重要條件。一般來說，行星要具有一定的質(zhì)量，其質(zhì)量要足夠大且近似于圓球狀。但它的質(zhì)量也不能太大，不然自身引力就會將原子都壓縮在了一起，進(jìn)而發(fā)生核聚變反應(yīng)（發(fā)光）。假若是這樣，它就是一顆恒星了。這后兩個條件，“流浪行星”倒是滿足的，因?yàn)樗鼈兇_實(shí)呈球形，而且自身也不發(fā)光。

截至目前，人們已在太陽系之外發(fā)現(xiàn)了很多系外行星，科學(xué)家們因此建立了一個“系外行星檔案庫”，他們將太陽系外發(fā)現(xiàn)的行星保存在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中。但迄今為止，這個數(shù)據(jù)庫還不包括“流浪行星”。由于這些獨(dú)自漂泊的物體相繼被發(fā)現(xiàn)，一些科學(xué)家正在考慮重新定義行星，他們希望將這些宇宙中的“流浪孤兒”也收納到“系外行星檔案庫”中。

如何找到它們

發(fā)現(xiàn)行星有很多方法。目前，大多數(shù)行星是通過探測它們?nèi)绾斡绊懫浜阈嵌话l(fā)現(xiàn)的。但這種方法對“行星孤兒”而言行不通，它們沒有自己的恒星可以影響，自身也不發(fā)光。然而，一種名為“引力透鏡”的現(xiàn)象幫助科學(xué)家找到了它們。

如果太空中的某個物體從地球和恒星之間穿過，那么它的引力有可能將恒星發(fā)出的光聚焦到地球上，就像一個放大鏡。從地球的方向看，這顆恒星會變得亮一些，這就是“引力透鏡”，也是人們能夠發(fā)現(xiàn)“流浪行星”的原因。

2016年6月，人馬座中一顆暗淡的恒星變亮了一點(diǎn)，然后又恢復(fù)成原狀。玻舒米可·姆羅茲和他的團(tuán)隊(duì)記錄了這顆恒星發(fā)生光變的時(shí)間，這個過程持續(xù)了5個小時(shí)，這顯示了一個路過的流浪物體的大致質(zhì)量。據(jù)科學(xué)家們估計(jì)，它的質(zhì)量可能只有地球質(zhì)量的1/3，也有可能達(dá)到地球質(zhì)量的2倍。

玻舒米可·姆羅茲和他的團(tuán)隊(duì)是在一個名為“光學(xué)引力透鏡實(shí)驗(yàn)（OGLE）”的研究項(xiàng)目中注意到這顆行星的。OGLE的望遠(yuǎn)鏡位于智利的阿塔卡馬沙漠，它觀測銀河系中存在大量恒星的部分，比如銀河系的中心，然后鎖定由飄浮的黑暗物體引發(fā)的星光變化。不過，要發(fā)現(xiàn)一個飄浮的黑暗物體，地球、那個物體和背景恒星之間的連線必須近乎完美。這樣一來，如果你只觀察一顆恒星，那么你就需要平均等待100萬年才有可能發(fā)現(xiàn)一個從那顆恒星前面經(jīng)過的物體。這實(shí)在太漫長了，沒有人能等待那么久。因此，為了增加發(fā)現(xiàn)的概率，科學(xué)家們不會只看一顆恒星，而是同時(shí)觀測大量恒星。在每一個晴朗的夜晚，OGLE的望遠(yuǎn)鏡會巡視2億顆恒星，這使得科學(xué)家們每年都能找到幾千個潛在的目標(biāo)，但它們大多只是暗淡的恒星，而非“行星孤兒”。因此，為了發(fā)現(xiàn)更多這樣的天體，天文學(xué)家需要一架太空望遠(yuǎn)鏡。

“流浪者”背后的秘密

預(yù)計(jì)于2025年左右發(fā)射的南?！じ窭俳z·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡，就是這樣的太空望遠(yuǎn)鏡。它和哈勃太空望遠(yuǎn)鏡一樣大，卻能一次搜尋大于“哈勃”100倍的天空。這架新望遠(yuǎn)鏡是以美國天文學(xué)家南?！じ窭俳z·羅曼的名字命名的。這位科學(xué)家于1959年就提出了在太空中放置望遠(yuǎn)鏡以尋找系外行星的設(shè)想。這架望遠(yuǎn)鏡將在遠(yuǎn)離地球大氣層的軌道上運(yùn)行。從那里，它能夠找到更多漫游的行星，也會用于其他科學(xué)研究。根據(jù)美國俄亥俄州立大學(xué)的天文學(xué)家薩姆森·約翰遜和他的同行們最近的預(yù)測，南?！じ窭俳z·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡將有可能發(fā)現(xiàn)至少250顆獨(dú)自飄浮的“行星孤兒”，它們中的一些像火星一樣小。

那么，發(fā)現(xiàn)“流浪行星”有什么意義呢？原來，研究這種星球能夠幫助天文學(xué)家揭開一些與行星系統(tǒng)相關(guān)的秘密，使他們更好地了解宇宙中各式各樣的行星系統(tǒng)。

在我們的銀河系中，有些行星系統(tǒng)殘留著混亂的跡象。在那里，行星的軌道是傾斜的，且以奇怪的方式間隔著。但在其他地方，一些“太陽系”卻又整齊有序。那么，哪一種更常見呢？天文學(xué)家們認(rèn)為，如果未來的南?！じ窭俳z·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡能夠發(fā)現(xiàn)許多獨(dú)自飄浮的行星，那就意味著行星經(jīng)常被趕出它們的家園，表明許多年輕的行星系統(tǒng)是非常混亂的。

數(shù)百年來，天文學(xué)家們認(rèn)為，我們的太陽系一直就是現(xiàn)在的這個樣子：漂亮而又井然有序。他們還認(rèn)為，其他的行星系統(tǒng)也與太陽系類似。但今天，人們發(fā)現(xiàn)了各種各樣的行星世界，而這些被驅(qū)逐出“家園”的“行星孤兒”，就是混亂行星世界的證明。它們的存在表明，宇宙中的“太陽系”可能并非那么理想，這其中很有可能也包括年輕時(shí)期的太陽系。

（選自《科學(xué)24小時(shí)》 2021年第5期）

閱讀

練習(xí)

1.宇宙中的“行星孤兒”有怎樣的特點(diǎn)？

2.這種“行星孤兒”能否算作行星？

3.畫線的句子使用了什么說明方法？有什么作用？

4.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“流浪行星”有什么意義呢？用原文句子回答。