[科普中國]-被嫌棄的褐矮星的一生：只因?yàn)樗阈切行巧瞪捣植磺鍇錚錚有聲

我們聽那些宇宙科學(xué)的講座、課程時，經(jīng)常聽到恒星、行星、衛(wèi)星這樣的字眼。頭頂星空當(dāng)中的一顆顆閃閃發(fā)光的星星，竟有各種各樣的不同！

那么，恒星是什么呢？恒星是那些能自己發(fā)光發(fā)熱的星星，咱們的太陽就是一顆恒星。學(xué)者們認(rèn)為恒星的主要組成是等離子體，通過其自身重力保持在一起。它們內(nèi)部進(jìn)行著核反應(yīng)，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(shù)的星星要亮，但它們其實(shí)并不發(fā)光，都是反射的太陽光——它們離我們太近了，就好比夜間路邊玻璃窗反射的路燈倒影，也比10公里外的路燈看起來更加明亮。通常我們指那些體積較大并且自己不發(fā)光發(fā)熱的天體為“行星”。

行星在科學(xué)上比較新也比較嚴(yán)格的定義是：

（1）必須是圍繞恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的天體；

（2）質(zhì)量必須足夠大，來克服固體引力以達(dá)到流體靜力平衡的形狀（近于球體）；

（3）必須清除軌道附近區(qū)域，公轉(zhuǎn)軌道范圍內(nèi)不能有比它更大的天體。

衛(wèi)星則是圍繞行星運(yùn)轉(zhuǎn)的天體。

藝術(shù)圖：太陽系的行星圍繞恒星太陽運(yùn)行（來源：Veer 圖庫）

因此，**區(qū)分恒星和行星，一來是它們誰繞著誰轉(zhuǎn)，二來是是否發(fā)光發(fā)熱。**恒星通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于行星，因此根據(jù)萬有引力定律，基本是行星圍繞恒星轉(zhuǎn)。

那么有個有趣的問題：恒星有沒有可能變成行星呢？要解決這個問題，我們首先要了解恒星的演化過程。

恒星的演化過程是怎樣的？

我們以太陽為例：太陽屬于一類被稱為主星序的恒星。這種恒星通過氫的核聚變在核心內(nèi)形成氦并產(chǎn)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(zhì)不會向內(nèi)塌陷。一般來說，恒星在這個階段可以停留大約100億年。

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(yīng)就會停止。核心開始向內(nèi)塌陷，溫度升高。隨著核心變熱，恒星失去較外的一層，并開始膨脹，外層變冷，并呈現(xiàn)出微紅色的光芒。這種恒星現(xiàn)在被稱為紅巨星。紅巨星階段可以持續(xù)大約10億年。

紅巨星藝術(shù)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(jīng)過各種復(fù)雜的核反應(yīng)，產(chǎn)生更多的能量來維持“壽命”，這些反應(yīng)會逐漸耗盡它所含的氦，且只能暫時支撐住這樣一顆恒星。漸漸地，這些反應(yīng)開始變得不穩(wěn)定，因此恒星開始失去更多的外層。像太陽這樣的恒星會繼續(xù)這個過程，直到外層不斷脫落，暴露出核心，并進(jìn)入被稱為白矮星的階段，最終慢慢冷卻并逐漸消失。

對于一顆質(zhì)量大于太陽1.4倍的恒星來說，它核心向內(nèi)坍縮后可能會爆發(fā)出巨大的爆炸，也就是所謂的超新星爆炸。這樣的爆炸會留下中子星或黑洞。

行星是如何形成的？

恒星形成時，周圍通常伴隨產(chǎn)生一個由氣體、塵埃和碎片組成的圓盤。這個圓盤中的塵埃粒子是巖石行星的組成部分。

由于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），這些粒子就會粘在一起。這個過程一直持續(xù)到形成質(zhì)量稍大的巖石為止。在重力的幫助下，這些稍大的巖石可以把更多的粒子拉向它們。通過反復(fù)進(jìn)行這些過程，巖石可以成長成行星體，并繼續(xù)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(yuǎn)，那么它的核心就會有很多冰凍的物質(zhì)，形成的核心比較大，能夠吸引更多的氣體，最終會發(fā)展成一個氣態(tài)行星。

形成行星過程的藝術(shù)圖（來源：https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2020/03/Protoplanetary-disk-Jurik-Peters.jpg）

從我們剛才講解的兩種過程中，大家可以認(rèn)識到，當(dāng)一顆恒星死亡時，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。**物質(zhì)循環(huán)不息，恒星確實(shí)“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(rèn)為，有一種名為**“褐矮星”**的天體就是恒星變成的行星。

什么是褐矮星？

褐矮星有時被稱為“失敗的恒星”。**它們是體積太小不能成為恒星，但又太大而不能成為行星的天體，具有恒星和行星的混合特征。**與普通恒星一樣，它們常常位于一個恒星星系（就好像太陽系）的中心，并有行星圍繞著它們運(yùn)行。

許多理論認(rèn)為，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(rèn)為，在褐矮星生命的早期，它從氘的核聚變反應(yīng)中獲得能量，并發(fā)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?？?。

在這之后，所有的反應(yīng)都停止了，褐矮星完全停止了光和熱的發(fā)射，開始變暗，變冷，看上去更像一顆“行星”。最終結(jié)果會是一組行星圍繞著一顆巨大的中心“行星”運(yùn)行。

褐矮星藝術(shù)圖（來源：https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2020/03/Brown-Dwarf-starDiego-Baruccos.jpg）

這就回到我們一開始說的，如果只考慮是否發(fā)光發(fā)熱，那么褐矮星與行星非常相近。但從嚴(yán)格的定義來說，行星的“行”包含了圍繞恒星“運(yùn)動”的意思，褐矮星就并不是一顆真正的“行星”。

也許經(jīng)過一些天災(zāi)地變，這顆星球轉(zhuǎn)而圍繞另一顆恒星轉(zhuǎn)動運(yùn)行了，那我們就可以很確切地說，它從一顆曾經(jīng)發(fā)光發(fā)熱的恒星，變成了確確實(shí)實(shí)的行星。不過，褐矮星的觀測較少，我們并沒有關(guān)于這方面的觀測記錄。