在宇宙的黎明，寻找银河系的第一个行星

昨天晚上我在阳台晾衣服的时候,抬头看了一眼天，城市光污染严重，能看到的星星不多，但我还是盯着那片模糊的银河方向看了好一会儿，突然冒出一个问题：银河系里第一颗行星，是什么时候出现的？它现在还在吗？它绕着什么样的恒星转？

我知道这个问题可能根本没有确定的答案,但就是忍不住去想，今天早上泡了杯咖啡，决定好好查一查天文学家们到底知道些什么。

我们得先搞清楚，“第一”到底是什么意思

说实话,“第一”这个词本身就挺麻烦的，宇宙里没有日历，没有人在旁边记录“第382颗行星今日正式上线”，天文学家在讨论这个话题的时候，其实问的是一个更具体的问题：在宇宙大爆炸之后，行星最早可能出现在什么时候？

这就要从行星是怎么来的说起了,现在的共识是，行星和恒星是“绑定”诞生的，一大团气体和尘埃在引力作用下坍缩，中心形成恒星，周围剩下的边角料在一个扁平的原行星盘里慢慢碰撞、吸积，最后聚成行星，这个过程现在我们在银河系很多年轻恒星周围都直接拍到了，比如ALMA射电望远镜阵列拍摄的那些带着清晰环状结构的原行星盘照片，漂亮得不像真的。

但问题来了：宇宙刚诞生的时候，根本没有这些东西。

大爆炸之后大概38万年,宇宙冷却到让电子和质子结合成中性氢原子，这时候的物质成分简单得可怜——大约75%的氢，25%的氦，还有极其微量的锂。没有碳，没有氧，没有硅，没有铁。你想想，地球是什么做的？硅酸盐岩石，铁镍核心，外面薄薄一层碳基生命圈，造行星需要重元素，尤其是那些比氦重的元素——天文学家管它们叫“金属”，虽然从化学角度讲硅和氧根本不算金属，但术语就这么任性。

那这些重元素从哪里来？从第一代恒星的核心核聚变，从它们死亡时的超新星爆发，从中子星碰撞，换句话说，第一代恒星燃烧自己，为宇宙准备了造行星的原材料。

第一代恒星：行星杀手还是行星工厂？

这里有个很微妙的地方,宇宙中的第一批恒星——天文学家叫它们“星族III恒星”——是由纯氢和纯氦构成的，因为没有重元素，气体云冷却效率很低，所以这些恒星理论上都超级大，几十倍甚至上百倍太阳质量，它们烧得猛，死得快，几百万年就走到生命尽头，以极其剧烈的超新星爆发把内部合成出来的第一批重元素抛洒到星际空间。

那么关键问题来了：这些第一代恒星周围，有没有可能形成行星？

这个话题在学界吵了很多年,传统的观点认为不太可能，因为缺少尘埃颗粒作为“种子”，原行星盘里的固体凝聚过程效率极低，而且星族III恒星质量太大，紫外辐射太强，会迅速吹散周围的气体盘，不给行星形成留时间，一篇经典的综述文章《The First Stars》（Bromm & Larson, 2004, Annual Review of Astronomy and Astrophysics）里就分析过这个问题，结论偏向悲观。

但最近些年,情况有了变化，一些数值模拟研究发现，即使在极低金属丰度的环境下，原行星盘里也可能通过局部的引力不稳定性，直接碎裂形成类似行星的天体，更有意思的是，开普勒空间望远镜在银河系晕里发现了一些极其古老的恒星周围存在岩质行星的迹象，其中一颗叫做开普勒-444的恒星系统特别引人注目。

开普勒-444：一颗112亿岁的老寿星和它的行星家族

开普勒-444是一颗橙矮星，距离我们大约117光年，位于天琴座方向，2015年，一个由欧洲天文学家领衔的团队在《天体物理学报》上发表了他们对这个系统的详细研究，结果震惊了整个领域：这颗恒星的年龄测定为112亿年左右，误差上下几亿年，而它周围有五颗已经被确认的岩质行星。

我来给你列一下这个系统的大概情况：

• 恒星年龄：约112亿年（宇宙年龄138亿年，银河系薄盘形成于大约100亿年前）
• 恒星质量：约0.76倍太阳质量
• 行星数量：5颗已确认
• 行星大小：介于水星和金星之间，全是岩质行星
• 轨道周期：最短的3.6天，最长的9.7天，都挤在比水星轨道还小的范围内
• 表面温度：因为离恒星太近，这几颗行星表面温度都高到能融化岩石

这说明了什么？当宇宙还只有现在年龄的四分之一的时候，当银河系本身还在剧烈合并成长的“野蛮生长”阶段，已经有人在造行星了，而且一造就造了五颗岩质行星。这完全颠覆了之前“早期宇宙不宜行星形成”的想法。

我把开普勒-444系统和太阳系放在一起比了比，差别也太大了：

对比项	开普勒-444系统	太阳系
年龄	112亿年	46亿年
恒星类型	K型橙矮星	G型黄矮星
行星数量（已知）	5颗岩质行星	8颗行星，4颗岩质+4颗气态
行星分布	全部挤在0.04 AU以内	从0.4 AU延伸到30 AU
行星大小范围	4-0.8地球半径	4-11地球半径
宜居带	没有行星在宜居带	地球位于宜居带内

看着这个表,我忍不住想，开普勒-444的五颗行星挤在那么小的空间里，彼此之间的引力相互作用得多复杂，它们表面可能是岩浆海洋，天空被一颗橙色的太阳占据大半，另外四颗行星像巨大的月亮一样挂在空中，这是我的脑补，天文学家不会这么写论文。

比开普勒-444更早的存在？

112亿年虽然已经很老了,但它真的是银河系第一个吗？显然不是。

2019年和2021年,几个不同的团队利用盖亚卫星的数据和地面光谱巡天，在银河系厚盘和晕的交界区域发现了一些更让人激动的线索，有一项研究（Zink et al., 2019, The Astronomical Journal）在银河系核球方向发现了一些年龄可能接近130亿年的恒星周围有凌星行星的候选信号，如果能确认，这些行星的形成年代距离大爆炸不到10亿年。

更前沿的理论研究指出,如果真的存在由星族III恒星形成的行星，它们可能会非常奇特。这些“第一代行星”可能主要由碳和硅的化合物构成，因为第一批超新星抛出的重元素里，碳和硅的比例很高，而铁相对较少。它们的内核可能不是铁镍合金，而是碳化硅之类的物质，这种行星如果真的存在，它的密度、磁场、地质活动都会和太阳系里的任何行星截然不同。

不过说实话,这些目前还停留在理论阶段，130亿年前形成的恒星，现在大多是红矮星或者已经演化成白矮星了，观测难度极大，凌星法对它们不敏感，径向速度法也面临精度瓶颈，詹姆斯·韦布空间望远镜虽然强大，但它的强项是光谱分析，不是大规模的行星普查。

到底哪一颗是“第一”

写到这儿,我发现其实没办法给你一个名字，不是因为资料不够，而是这个问题本身的设定就需要重新思考。

银河系的第一颗行星，几乎肯定已经不在了。它可能诞生于一颗质量巨大的第一代恒星周围，在那颗恒星以极超新星的形式爆发时被撕碎成原子，也可能它在星系并合过程中被引力弹弓甩出了银河系，现在正在星系际空间的永恒黑暗中流浪，也有可能它的恒星早就变成了白矮星，而它自己因为轨道迁移被恒星吞噬了。

我们找到的“最古老”的行星，和真正的“第一颗”之间，可能隔着几亿年甚至十几亿年的空白，那段历史被超新星的闪光和星系合并的混乱抹去了。

但换个角度看,这其实是一个让人心里踏实的事实。天文学家发现的每一颗古老行星，都在告诉我们同一件事：行星形成是宇宙的常态，不是特例，即使在条件极端苛刻的早期宇宙，在重元素稀缺、辐射剧烈的环境里，物质仍然找到了聚集成团的办法，开普勒-444的112亿年，PSR B1620-26 b（一颗围绕脉冲星和白矮星双星运行的系外行星，年龄约127亿年，目前已知最老的系外行星候选者之一）的127亿年，这些数字背后是一个朴素的规律——宇宙但凡有条件造恒星，就会顺便造行星。

也就是说,银河系的第一颗行星，可能比我们想象的要“早”得多，也可能比我们想象的要多得多。它不是一颗孤独的先行者，而可能是一大批同时涌现的、在星族III的余烬中凝结的暗哑石块，它们沉默地绕着死去的恒星残骸转了上百亿年，等着某个文明的望远镜扫过。

咖啡凉了,我再去看一眼阳台外面，天空还是那片天，但脑子里装的东西不太一样了，下次跟朋友聊宇宙的时候，我大概会说：“你知道吗，银河系最早的行星，可能诞生在你还是一团氢原子的时候。”

对方大概会觉得我在说胡话,但没关系，天文就是这样，最离谱的猜想往往最接近真相。