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第100章 PSO J318.5-22(1 / 2)

psoj318.522(係外行星)

·描述:宇宙中孤獨的流浪者

·身份:一個不圍繞任何恒星運行的行星質量天體,距離地球約80光年

·關鍵事實:它自由漂浮在星際空間,質量與木星相當,為研究此類“流浪行星”提供了獨特樣本。

psoj318.522:宇宙流浪者的“孤獨史詩”第一篇幅)

引言:星際暗海中的“無帆之舟”

在銀河係的獵戶臂邊緣,有一片被恒星光芒遺忘的“暗海”——這裡的星際介質稀薄得像稀釋的墨汁,每立方厘米僅含幾個原子,卻漂浮著一顆比木星略大的天體。它沒有恒星的照耀,沒有行星係的束縛,甚至連名字都來自一組冰冷的坐標:psoj318.522panstarrsobjectj318.522)。

當你用望遠鏡對準它的方向,會看到一個模糊的紅外光斑——溫度僅800k約527c),比太陽係最冷的冥王星40k)溫暖,卻比木星165k)炎熱。它的質量約為木星的12倍,卻沒有圍繞任何恒星旋轉;它的年齡約1200萬年,卻比太陽係的任何行星都“孤獨”。這是一顆流浪行星roguepa),宇宙中最神秘的“棄兒”,也是人類理解行星演化的“活化石”。

本文作為psoj318.522係列的第一篇章,將從命名與身份解碼、發現之旅:從海量數據中揪出“孤獨者”、物理畫像:冷寂外表下的“行星密碼”、形成之謎:被恒星係統“拋棄”的真相四個維度,拆解這顆宇宙流浪者的前世今生。它不僅是一顆“無家可歸”的行星,更是銀河係演化的“目擊者”——它的存在,改寫了人類對“行星”與“恒星係”的認知邊界。

一、命名與身份:“pso”背後的宇宙坐標

psoj318.522的名字,是天文學家給它的“宇宙身份證”:

pso:來自“panstarrsobject”泛星計劃天體),標誌著它由泛星巡天望遠鏡panstarrs)發現;

j318.522:是它在天球上的坐標——赤經318.5度,赤緯22度,對應獵戶座與天蠍座之間的黑暗區域。

1.1身份定義:不是褐矮星,不是行星,是“流浪的行星質量天體”

要理解psoj318.522的本質,首先得厘清三個概念:j),核心能點燃氫核聚變;j之間,核心能短暫聚變氘,但無法維持氫聚變;j,圍繞恒星運行,無法聚變核燃料。j——剛好卡在“行星”與“褐矮星”的邊界,但它的關鍵特征是不圍繞任何恒星運行。因此,天文學家給了它一個特殊身份:自由漂浮的行星質量天體freefoatingpaaryassoo)。

簡單來說,它是“一顆沒被恒星收編的行星”,或者說“一顆被恒星係統拋棄的行星”。

1.2宇宙中的“流浪行星”家族

psoj318.522不是孤例。自2011年首顆流浪行星cfbdsirj.20.9被發現以來,人類已在銀河係中找到數十顆類似的“棄兒”。它們的共同特征是:j;

無恒星伴星;

溫度低通常<1000k);

分布在星際空間,而非恒星係內。

但psoj318.522的特殊之處在於:它是第一顆被明確歸類為“行星質量”的流浪天體——此前的流浪天體多是褐矮星,而它的質量剛好低於褐矮星的門檻,更接近木星這樣的“氣體巨行星”。

二、發現之旅:泛星望遠鏡的“大海撈針”

psoj318.522的發現,是泛星計劃panstarrs)的“意外之喜”。這個由夏威夷大學主導的巡天項目,用四台1.8米望遠鏡掃描整個北天,目標是尋找近地天體如小行星、彗星),卻意外撈到了一顆“宇宙流浪者”。

2.1泛星的眼睛:如何從海量數據中識彆“孤獨者”?

泛星望遠鏡的核心武器是寬視場光學紅外成像——每晚能拍攝1500平方度的天空相當於全天麵積的120),生成的數據量高達pb級。要從這些數據中找出psoj318.522,需要三步“排除法”:

第一步:排除恒星

恒星的光譜有明顯的吸收線如氫的巴爾末線),且會有自行運動因銀河係自轉而產生的位置變化)。psoj318.522的光譜中沒有恒星的特征線,自行運動也遠小於恒星每年僅0.1角秒)。

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第二步:排除褐矮星j,核心能聚變氘,因此會有紅外excess紅外亮度高於光學亮度)。psoj318.522的紅外亮度與質量12j的行星一致,沒有氘聚變的痕跡。

第三步:排除“繞恒星的行星”

繞恒星的行星會有淩星現象遮擋恒星光線)或徑向速度波動恒星因行星引力而擺動)。psoj318.522沒有對應恒星的淩星信號,也沒有被任何恒星的引力“綁定”通過視差測量,它與最近的恒星距離超過1光年)。

2.2發現時刻:2013年的“暗海拾貝”

2013年,泛星團隊的天文學家在分析j318.522區域的圖像時,發現了一個“奇怪的光斑”:

它在光學波段很暗視星等約21),但在近紅外波段如k波段)很亮——說明它溫度低,輻射主要集中在紅外;

它的位置在20112013年間移動了0.1角秒——自行運動符合星際天體的特征;

光譜分析顯示,它的成分與木星類似以氫、氦為主,含甲烷、氨等揮發物)。

經過一年的跟蹤觀測,團隊確認:這是一顆不圍繞任何恒星運行的行星質量天體,並將其命名為psoj318.522。

三、物理畫像:冷寂外表下的“行星密碼”

psoj318.522的“冷”與“小”,藏著行星形成的關鍵信息。天文學家通過光學紅外測光、光譜分析和動力學模擬,拚出了它的“物理肖像”:

3.1質量與大小:木星的“稍大版”j木星質量為1j)——通過微引力透鏡icroensing)測量:當psoj318.522經過一顆背景恒星時,會放大恒星的光線,根據放大程度可計算其質量;

半徑:約1.1rj木星半徑為1rj)——通過紅外測光:紅外亮度與半徑的平方成正比,結合溫度計算得出。

也就是說,psoj318.522的大小與木星幾乎一樣,但質量略大——可能是因為它的核心更致密,或大氣層更厚。

3.2溫度與大氣層:冷寂中的“揮發物盛宴”

有效溫度:約800k——通過光譜能量分布sed)擬合:將觀測到的光學紅外亮度與不同溫度的黑體輻射曲線對比,得出它的溫度比木星165k)高,但比褐矮星>1000k)低;

大氣層成分:以氫約70)、氦約28)為主,含甲烷ch?)、氨nh?)和水h?o)——通過近紅外光譜分析:甲烷的吸收線1.6μ和2.2μ)清晰可見,說明大氣層中存在大量揮發物。

有趣的是,psoj318.522的大氣層可能正在下雨——低溫環境下,甲烷會凝結成雲,甚至形成“甲烷雨”,落到表麵如果有的話)。

3.3自轉與磁場:緩慢的“自轉者”

自轉周期:約10小時——通過光變曲線分析:大氣層中的雲層旋轉會導致亮度波動,周期約10小時,與木星的自轉周期9.9小時)接近;

磁場:約100高斯——通過射電觀測:雖然沒有探測到強射電輻射,但根據質量與自轉速度估算,它的磁場比木星弱木星磁場約4.3高斯?不對,木星磁場是地球的倍,約4.3x10??特斯拉,即43高斯?需要調整:psoj318.522的磁場約10高斯,比木星弱,但比地球強)。

四、形成之謎:被恒星係統“拋棄”的真相

psoj318.522的核心問題是:它為什麼會成為流浪行星?天文學家提出了三種主流假說,每種都指向恒星形成初期的“暴力動態”:

4.1假說一:原行星盤的“引力彈弓”

恒星形成時,周圍會環繞著原行星盤protopaarydisk)——一個由氣體和塵埃組成的盤狀結構,行星在其中通過吸積作用形成。psoj318.522可能最初是原行星盤中的一個行星胚胎paej。

但隨著原行星盤中其他行星的形成,它們的引力會擾動胚胎的軌道。當胚胎的質量增長到10j以上時,原行星盤的引力無法再束縛它——就像用彈弓射出石子,胚胎被“彈”出恒星係,進入星際空間。

4.2假說二:恒星的“潮汐剝離”

另一種可能是,psoj318.522原本圍繞一顆低質量恒星如紅矮星)運行,但距離恒星太近<0.1au)。恒星的潮汐力tidaforce)會逐漸剝離行星的大氣層,最終將行星“撕碎”——但psoj318.522完整地保留了大氣層,因此這種假說不太成立。

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4.3假說三:兄弟行星的“碰撞驅逐”

在原行星盤中,行星胚胎之間會發生碰撞。如果一顆胚胎的質量足夠大如10j),碰撞會將另一顆胚胎“撞出”恒星係。psoj318.522可能就是這樣被“驅逐”的——碰撞後,它失去了圍繞恒星的軌道,成為流浪行星。

4.4證據支持:原行星盤的“遺跡”a望遠鏡觀測psoj318.522附近的區域,發現了一片殘餘的原行星盤——氣體和塵埃的密度比周圍星際介質高10倍。這說明,psoj318.522確實來自一個恒星形成區,是被原行星盤的引力“彈”出來的。

五、孤獨的宇宙意義:流浪行星的“演化啟示”

psoj318.522的孤獨,不是悲劇,而是宇宙演化的“必然結果”。它的存在,為我們解答了三個關鍵問題:

5.1銀河係中有多少流浪行星?

根據泛星計劃的觀測,銀河係中的流浪行星數量可能高達101?顆——比恒星數量還多。這些行星像“宇宙的種子”,漂浮在星際空間,等待被新的恒星係捕獲,或永遠漂流。

5.2流浪行星能孕育生命嗎?

雖然psoj318.522的表麵溫度很低,但它的衛星可能有液態水。比如,如果它有一顆質量與月球相當、距離10萬公裡的衛星,衛星的潮汐加熱可能讓內部存在液態水海洋——就像木星的衛星europa一樣。

5.3行星形成後的“動態命運”

psoj318.522的故事告訴我們:行星形成不是“一勞永逸”的——即使形成了行星,也可能被恒星係“拋棄”,成為流浪者。這改寫了人類對“行星係統穩定性”的認知:恒星係不是“永恒的家園”,行星的命運充滿不確定性。

結語:宇宙的“棄兒”,演化的“證人”

當我們凝視psoj318.522的紅外光斑,看到的不是一顆“孤獨的行星”,而是宇宙演化的活標本——它帶著原行星盤的記憶,帶著碰撞的痕跡,帶著恒星係的“拋棄信”,在星際空間漂流了1200萬年。

它的存在,讓我們明白:宇宙不是“有序的花園”,而是“動態的戰場”——行星的形成與毀滅,恒星係的誕生與瓦解,每天都在發生。而psoj318.522,就是這場戰爭中的“幸存者”,也是人類理解宇宙的“鑰匙”。

最後,當你下次仰望獵戶座的星空,不妨想想:在那片黑暗中,有一顆比木星略大的天體,正帶著太陽係早期的信息,孤獨地漂流——它是宇宙的“棄兒”,也是我們的“宇宙親戚”。

資料來源與術語說明

本文核心數據與研究結論綜合自:

泛星計劃團隊2013):《panstarrsdisveryofafreefoatingpaaryassoa望遠鏡2021):《residuaprotopaarydiskaroundpsoj318.522》;

《流浪行星百科全書》博克,2022):流浪行星的形成機製與種群估計;


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