如何將褐矮星與行星準確區分，其拓展活動蘊藏了哪些資訊？

作者：石蘭（抄襲必究）

數十年以前，在宇宙的行星和恆星這兩種天體之間，一直存在著一個未被發現的中間世界，它的質量處於這兩者之間。直到時間來到1995年，科學家們才終於發現了褐矮星的蹤跡，並將其形象地比喻為“失敗的恆星”。雖然過去我們對它知之甚少，但通過後期探測技術的進步，被發現的褐矮星數量正在迅速增加。並且，科學家們認為，銀河系中褐矮星的數量和普通恆星的數量理論上應該大致相同。然而，這些彌合差距的星體，為什麼會被稱為失敗的恆星？本身質量較小的褐矮星，易與質量較大的行星混淆，我們又應該如何將它們進行準確區分？

褐矮星和行星之間的分界線

在有些方面，行星和褐矮星具有明顯的相似點，比如，褐矮星也可能擁有自己的行星，它們的氣氛也有云層、極光，甚至是風暴。由於褐矮星的質量和大質量行星接近，因此，如何判斷一顆星球是褐矮星、而不是行星，變得尤為重要。首先，我們可以從質量這個維度進行區分，一般情況下，褐矮星的質量必須低於太陽質量的8%，由於沒有強大的中央核能源，以至於這些物體都無法融合氘，褐矮星的內部也一直處於對流運動、或快速沸騰中；其次，我們可以從它們的光源進行區分，跟其他恆星一樣，褐矮星能夠自主地產生密集的光亮，而像木星這樣的行星則是照射來自太陽的反射光；與此同時，科學家們認為兩者的形成機制並不相同，褐矮星是透過塵埃和氣體雲的坍塌而形成，而行星則往往是透過圍繞恆星的圓盤中的冰體、或小岩石聚合而成，儘管，在之後的探索中，恆星附近發現的大型氣體行星對這種區別引發了一些疑問。

在紅外光譜中，棕色的褐矮星會持續發光到充分冷卻，科學家們可以透過測量紅外光和X射線來將它們進行區分。然而，事情並不像字面看上去這樣簡單，難以捉摸的褐矮星很難在紅外線內被發現，它們必須足夠靠近，比如，大約100光年內，我們才能夠檢測到來自這些微弱物體的熱量特徵。並且，由於一些褐矮星涼爽到足以保持氣氛，再加上擁有自己的行星，看上去就像一顆普通行星一樣，此時，我們便需要透過行星軌道上的衛星來進行辨別。後來，國際天文學聯合會將如何明確自由浮動物體是褐矮星、還是行星，進行了明確定義，即：只要是具有足夠質量的物體，都能夠將氘融合為褐矮星，而當該物體的質量小於13個木星質量時，則會被判定為行星。

褐矮星的特性和拓展活動

褐矮星具有低溫和模糊這兩大特徵，因其核心永遠不會燃燒融合，但卻具有很多恆星的元素，有時候它們也被稱為失敗的恆星。並且，褐矮星會隨著時間遞進而變得更加暗淡，大約比太陽低1000倍左右，由於其表面溫度通常都低於2500攝氏度，因此也相對比較涼爽。褐矮星的質量一般是木星的13到90倍，也就是太陽質量的十分之一左右。年輕的褐矮星會透過重氫、或“氘”的融合產生能量，並將其送入氦原子核，只是這種供應會在數千萬年之內耗盡，這便是為什麼褐矮星會在後續釋放引力的過程中發光。

而當褐矮星的表面出現快速旋轉的時候，大多都會因為對流而形成強烈糾結的磁場。在錢德拉捕獲的LP 944-20發生耀斑之前和耀斑期間的X射線影象中，褐矮星明亮的X射線耀斑在幾個小時中逐漸減弱，這也是從這類星體上探測到的第一次耀斑，該耀斑所散發的能量和小型太陽耀斑相當，比木星的X射線耀斑強10億倍左右，而這些擴散的能量則是由褐矮星扭曲的磁場所產生。簡而言之，這些觀察到的耀斑應該源於褐矮星表面下的湍流磁化熱物質，它們將熱量傳導到大氣中，允許電流流動併產生X射線耀斑，就像我們看到的閃電一樣。這些對褐矮星耀斑的進一步觀察，對於瞭解褐矮星和巨行星的磁場，以及擴張活動的發展都具有特別重要的意義。

為何會將褐矮星稱為失敗的恆星

很多時候，褐矮星的開始都和主序星上的恆星們一樣，始於氣體和塵埃的坍塌，並在重力的作用下，在其中心形成了原恆星。但由於自身質量的不足，始終無法透過重力的推進讓氫氣融合到核心。而是在達到足夠溫度融化氫之前，這些密堆積的材料就達到了穩定狀態，並變成了所謂的褐矮星。這些褐矮星，便成為了巨型氣體行星和紅矮星這樣的小星星之間缺失的部分。隨著它們的進一步冷卻，這些雲層會被巨大的風暴掃過，使得那些明亮的紅外線逃逸到了宇宙之中。

這麼多年以來，對低質量恆星的觀察和研究，一直是恆星領域的研究熱點之一，而褐矮星便是其中的重要分支，因為它們既不屬於行星，也不屬於恆星，而是作為一種介於兩者之間的特殊天體而存在。透過對褐矮星的研究，我們對行星和恆星的本質都有了更深入的瞭解，並將人類的認知衍生到了主序下部更冷的L型和T型。L型褐矮星接近M型矮星，而T型褐矮星的光譜則類似於巨行星。儘管褐矮星的光譜非常複雜，但其化學組成卻可以被識別出來，甚至被用於對其進行分類。截至目前，科學家們尚未發現質量比T8型更小、溫度比T8型更低的天體，但是，在後續更加強大的望遠鏡觀測下，或許就能幫助我們找到關鍵資訊中缺失的這一部分。

其實，科學家們一直想要在宇宙中尋找到一種更冷的自由漂浮的星體，因為它們會和很多氣體行星的氣氛和溫度更加相似，尤其是那些已經被發現的繞太陽執行的星球。這樣的星體就像是給科學家們提供了一個大型實驗室，與太陽系外行星相關的大氣物理學研究都可以在這裡有條不紊的進行，並且，它們還沒有主星的眩光。正是因為褐矮星彌合了天體之間的差距，所以，它才能夠提供許多和恆星、行星有關的重要資訊。