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行，其中的一些行星往往獨自漂泊，孤獨地穿行于我們的星系。如今，天文學家們又發現了一顆這樣的行星，它是迄今人們發現的這類行星中最小的一顆，其質量大致與地球相當。這顆行星上只有夜晚，這是因為它的天空中沒有太陽，導致它的天空比地球的夜空更暗，閃爍著更多的星星。

發現這顆行星的團隊的負責人、美國加州理工學院的天文學家玻舒米可·姆羅茲認為，這顆行星的天空一定被群星裝扮得非常美麗，但這是有代價的——由于沒有太陽，它上面一定很冷。

在過去的20年里，天文學家在我們的星系中已經發現了20余顆這樣的“漂泊者”。由于沒有可繞之運行的恒星，它們被天文學家形容為行星中的“孤兒”。它們中的大多數是大的氣體星，這使得它們更像木星，而不是像地球。科學家們認為，這個小小的群體只是冰山的一角，僅僅在我們的銀河系中，可能就有數十億顆這樣的行星正等待著被發現。

? 能否算作行星

天文學家們推測，這種“行星孤兒”原本可能形成于像太陽系這樣的行星系統中，后來被某種物質“踢”了出去。例如，某種來自其他地方的強大引力，或者一顆經過的恒星靠得太近了，它的引力將一兩顆行星從那行星系統中拽了出來。美國新墨西哥大學的天文學家戴安娜·德拉戈米爾推測，這顆新發現的“行星孤兒”可能在形成的時候就距離它繞之運行的母星很遠，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現有可能存在生命的行星。她認為，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。

大多數人認為，行星是圍繞恒星運行的物體，實際上，國際天文學聯合會也是這樣定義行星的。這使得“流浪行星”失去了成為標準行星的一個重要條件。一般來說，行星要具有一定的質量，其質量要足夠大且近似于圓球狀。但它的質量也不能太大，不然自身引力就會將原子都壓縮在了一起，進而發生核聚變反應（發光）。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，因為它們確實呈球形，而且自身也不發光。

截至目前，人們已在太陽系之外發現了很多系外行星，科學家們因此建立了一個“系外行星檔案庫”，他們將太陽系外發現的行星保存在計算機數據庫中。但迄今為止，這個數據庫還不包括“流浪行星”。由于這些獨自漂泊的物體相繼被發現，一些科學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

發現行星有很多方法。目前，大多數行星是通過探測它們如何影響其恒星而被發現的。但這種方法對“行星孤兒”而言卻行不通，它們沒有自己的恒星可以影響，自身也不發光。然而，一種名為“引力透鏡”的現象幫助科學家找到了它們。

位于智利的光學引力透鏡實驗望遠鏡（OGLE）

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”，也是人們能夠發現“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，然后又恢復成原狀。玻舒米可·姆羅茲和他的團隊記錄了這顆恒星發生光變的時間，這個過程持續了5個小時，這顯示了一個路過的流浪物體的大致質量。據科學家們估計，它的質量可能只有地球質量的1/3，也有可能達到地球質量的2倍。

玻舒米可·姆羅茲和他的團隊是在一個名為“光學引力透鏡實驗（OGLE）”的研究項目中注意到這顆行星的。OGLE的望遠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，然后鎖定由漂浮的黑暗物體引發的星光變化。不過，要發現一個漂浮的黑暗物體，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100萬年才有可能發現一個從那顆恒星前面經過的物體。這實在太漫長了，沒有人能等待那么久。因此，為了增加發現的幾率，科學家們不會只看一顆恒星，而是同時觀測大量恒星。在每一個晴朗的夜晚，OGLE的望遠鏡會巡視2億顆恒星，這使得科學家們每年都能找到幾千個潛在的目標，但它們大多只是暗淡的恒星，而非“行星孤兒”。因此，為了發現更多這樣的天體，天文學家需要一架太空望遠鏡。

? ? ? ? “流浪者”背后的秘密

預計于2025年左右發射的南希·格蕾絲·羅曼太空望遠鏡，就是這樣的太空望遠鏡。它和哈勃太空望遠鏡一樣大，卻能一次搜尋大于“哈勃”100倍的天空。這架新望遠鏡是以美國天文學家南希·格蕾絲·羅曼的名字命名的。這位科學家于1959年就提出了在太空中放置望遠鏡以尋找系外行星的設想。這架望遠鏡將在遠離地球大氣層的軌道上運行。從那里，它能夠找到更多漫游的行星，也會用于其他科學研究。根據美國俄亥俄州立大學的天文學家薩姆森·約翰遜和他的同行們最近的預測，南希·格蕾絲·羅曼太空望遠鏡將有可能發現至少250顆獨自漂浮的“行星孤兒”，它們中的一些像火星一樣小。

一顆新發現的“行星孤兒”獨自漂浮在銀河系中。

那么，發現“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家揭開一些與行星系統相關的秘密，使他們更好地了解宇宙中各式各樣的行星系統。

在我們的銀河系中，有些行星系統殘留著混亂的跡象。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？天文學家們認為，如果未來的南希·格蕾絲·羅曼太空望遠鏡能夠發現許多獨自漂浮的行星，那就意味著行星經常被趕出它們的家園，表明許多年輕的行星系統是非常混亂的。

數百年來，天文學家們認為，我們的太陽系一直就是現在的這個樣子：漂亮而又井然有序。他們還認為，其他的行星系統也與太陽系類似。但今天，人們發現了各種各樣的行星世界，而這些被驅逐出“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期的太陽系。