【博科園-科學(xué)科普-留言評(píng)論或建議有驚喜哦~( ^_^)】什么時(shí)候一顆褐矮星根本不是恒星，而僅僅是一個(gè)氣體巨星？什么時(shí)候一個(gè)氣體巨人不是行星，而是一個(gè)天體更類似于棕矮星？這些問題已經(jīng)困擾了天文學(xué)家多年，現(xiàn)已進(jìn)入了新定義的中心，對(duì)太陽系大型天體進(jìn)行定義。

藝術(shù)構(gòu)想展示了被NASA的哈勃和斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的名為2MASSJ22282889-431026的棕矮星。棕矮星比行星更大更熱，但缺少成為恒星所需的質(zhì)量。圖片版權(quán)：NASA

約翰·霍普金斯大學(xué)的一位天文學(xué)家認(rèn)為他有更好的方法來對(duì)這些天體進(jìn)行分類，而不是僅僅基于質(zhì)量，而是基于對(duì)天體的存在情況以及物體是如何形成的。在《天體物理學(xué)雜志》上發(fā)表的一篇論文中，凱文·施勞夫曼提出了一個(gè)新的分類系統(tǒng)，它可以幫助解決一些關(guān)于哪個(gè)物體是氣體行星或褐矮星的爭(zhēng)論。質(zhì)量是這個(gè)新定義中易于理解的部分，但它不是唯一的因素。天體如何形成也是關(guān)鍵。

一般來說恒星質(zhì)量越小溫度就越低。雖然比太陽小的恒星仍能維持產(chǎn)生熱量的聚變反應(yīng)，但那些太小的原恒星就不能。這些“失敗的”恒星通常被稱為褐矮星，一個(gè)新的定義將它們的范圍從木星質(zhì)量的10-75倍。這個(gè)藝術(shù)概念比較了一個(gè)棕矮星的大小與地球，木星，一個(gè)低質(zhì)量恒星和太陽的大小。圖片版權(quán)：NASA/JPL-Caltech/UCB

Schlaufman是約翰霍普金斯大學(xué)物理與天文系的助理教授。他為所謂的行星設(shè)定了一個(gè)極限，這個(gè)極限是我們太陽系最大行星木星的4到10倍。在那上面有一顆褐矮星（褐矮星也被稱為亞恒星或失敗的恒星，因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量從未足夠大到足以成為恒星），行星質(zhì)量的上邊界是缺失的最重要的細(xì)節(jié)之一。

對(duì)其他太陽系的觀測(cè)的改進(jìn)導(dǎo)致了這個(gè)新的定義。以前我們只有自己的太陽系作為參考，現(xiàn)在可以觀察其他的太陽系并提高效率。Schlaufman觀察了146個(gè)太陽系，這使得他能夠填補(bǔ)對(duì)褐矮星和行星形成的理解的空白。

木星的圖像顯示它的風(fēng)暴系統(tǒng)。根據(jù)新的定義，如果木星在形成時(shí)的質(zhì)量超過其質(zhì)量的10倍，它就會(huì)被認(rèn)為是褐矮星。圖片：Gemini

Schlaufman說：雖然認(rèn)為我們知道行星是如何形成的，但仍有很多細(xì)節(jié)需要去填補(bǔ)，行星質(zhì)量的上邊界是缺失的最重要的細(xì)節(jié)之一，回過頭來看看褐矮星和氣態(tài)巨行星是如何相互關(guān)聯(lián)的。太陽系是由氣體和塵埃組成的，在太陽系的早期，有一顆或更多的恒星是由引力坍縮形成的。它們與核聚變一起點(diǎn)燃，成為我們?cè)谟钪嬷须S處可見的恒星。剩下的氣體和塵埃形成了行星，或者棕矮星。這是太陽系形成的簡(jiǎn)化版本。

在太陽系里，只有一顆恒星形成——太陽。氣態(tài)巨行星木星和土星吞噬了大部分剩余的物質(zhì)。木星吞噬最多份額使它成為最大的行星。但如果條件不同，而木星一直在增長(zhǎng)呢？根據(jù)Schlaufman的定義，如果它的尺寸保持在現(xiàn)在的10倍以上，那么它就會(huì)變成一個(gè)棕矮星（但這并不是新定義的終點(diǎn)）。

金屬豐度和化學(xué)組成

質(zhì)量只是其中的一部分，新分類背后的真正原因是物體形成的方式，這涉及到恒星中金屬的概念。恒星有金屬含量，在天體物理學(xué)中，這意味著恒星質(zhì)量的一部分不是氫或氦。所以鋰離子的任何元素都被認(rèn)為是金屬。這些金屬是巖態(tài)行星的形成。早期的宇宙中只有氫和氦，而接下來的兩個(gè)元素，鋰和鈹，幾乎是微不足道的。因此第一批恒星沒有金屬含量。

這是M80的圖像，一個(gè)古老的球狀星團(tuán)。由于這些恒星形成于早期宇宙，它們的金屬含量非常低。這就意味著像木星這樣的氣態(tài)巨行星在這里是罕見的或者不存在的，而褐矮星則很可能是大量的。圖片版權(quán)：NASA, The Hubble Heritage Team, STScI, AURA – Great Images in NASA Description, Public Domain

但是大爆炸之后的135億年，像我們的太陽這樣的年輕恒星擁有更多的金屬。這是因?yàn)橐淮忠淮暮阈菈勖退劳?，并在隨后的恒星形成過程中產(chǎn)生了金屬。我們的太陽是在大約50億年前形成的，它具有我們所期待的恒星誕生時(shí)的金屬性。它仍然以氫和氦為主，但其質(zhì)量的2%是由其他元素構(gòu)成的，主要是氧、碳、氖和鐵。

這就是Schlaufman研究的切入點(diǎn)，可以分辨出像木星和棕矮星這樣的氣態(tài)巨星，它們的本質(zhì)是它們所圍繞運(yùn)行的恒星。圍繞恒星形成的行星類型反映了恒星自身的金屬特性。像木星這樣的氣態(tài)巨行星通常被發(fā)現(xiàn)具有與太陽相同或大于太陽的金屬元素。但是棕矮星并不挑剔;它們幾乎在任何恒星周圍形成，這是為什么呢？

棕矮星和行星形態(tài)不同

像木星這樣的行星是由“增生”形成的，巖態(tài)的核心形態(tài)，然后氣體聚集在它周圍，一旦這個(gè)過程完成就有了一個(gè)天然氣態(tài)巨星。要做到這一點(diǎn)需要金屬。如果金屬在這些巖石內(nèi)核中形成，它們的存在將反映在主恒星的金屬上。但是棕矮星并不是像行星那樣形成的。形成的方式和恒星一樣——引力坍塌，不是從最初的巖心形成的，所以金屬性不是一個(gè)因素。

這讓我們回到Kevin Schlaufman的研究。想要找出一個(gè)物體在哪個(gè)點(diǎn)上不關(guān)心恒星的金屬質(zhì)量。結(jié)論是：超過10倍木星質(zhì)量的天體并不關(guān)恒星是否有巖態(tài)元素，因?yàn)樗鼈儾皇怯蓭r石內(nèi)核形成的。因此不是類似于木星的行星，是由引力坍縮形成的棕矮星。

叫什么有名字什么關(guān)系？

讓我們來看看冥王星的爭(zhēng)議，來理解為什么名字很重要。為了精確地分類我們?cè)谔罩锌吹降乃刑祗w的爭(zhēng)論正在進(jìn)行中。誰能忘記可憐的冥王星的困境？2006年國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)(IAU)將冥王星降級(jí)，并剝奪了它作為行星的長(zhǎng)期地位，這是為什么？

因?yàn)檫@個(gè)行星的新定義依賴于這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：

1、該行星圍繞著一顆恒星運(yùn)行。

2、該行星必須有足夠的質(zhì)量來假設(shè)流體靜力平衡(近似圓形)

3、該行星能已經(jīng)清除了它周圍的軌道

天文學(xué)家用更好的望遠(yuǎn)鏡觀察冥王星的次數(shù)越多，就越意識(shí)到它不符合第三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，所以它被降級(jí)為矮行星，所以很對(duì)不起冥王星啊。

冥王星被重新劃分為矮行星，這是基于我們對(duì)其性質(zhì)的日益了解。Schlaufman的新研究能幫助更準(zhǔn)確地區(qū)分氣態(tài)巨行星和棕矮星嗎？2015年7月14日美國宇航局的“新視野號(hào)”探測(cè)器捕捉到了冥王星的高分辨率彩色圖像。圖片版權(quán)：NASA/JHUAPL/SwRI

對(duì)天文物體的命名規(guī)則很重要，因?yàn)樗鼈儙椭藗兝斫馑惺挛锸侨绾谓Y(jié)合在一起的。但是有時(shí)候關(guān)于名字的爭(zhēng)論會(huì)讓人感到厭煩。盡管冥王星的爭(zhēng)論越來越無聊，但它仍然很重要。需要某種方式來理解是什么使對(duì)象不同，而名稱反映了不同。這些名字必須反映一些基本的問題。冥王星真的應(yīng)該被認(rèn)為是和木星等一樣的天體嗎?這兩顆行星都是同一意義上的行星嗎？

同樣的原理也適用于棕矮星和氣態(tài)巨行星。僅僅根據(jù)它們的質(zhì)量給它們命名并不能告訴我們多少，Schlaufman的目標(biāo)是改變這種狀況。新定義是有意義的，因?yàn)樗蕾囉谶@些物體的形狀和位置，而不僅僅是它們的大?。ó?dāng)然并非所有人都會(huì)同意）。

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