银河快报

昨晚阳台看星星,儿子突然问了我一个答不上来的问题

“银河系里最大的两颗行星是哪两个?”

我举着手机正准备拍月亮,手停在半空,脑子快速转了一圈,木星?土星?好像对,又好像哪儿不对劲,这话问得像个陷阱。

后来我查了一整晚资料,发现还真不是一句话能说清楚的事,而且绝大多数人理解“行星”这个词的时候,忽略了一个挺关键的东西——银河系里绝大多数的行星,根本不绕着我们太阳转

先站在阳台上,把尺度拉大一点

我们习惯说的“行星”,默认是太阳系里那八颗,这个习惯太深了,深到一听到“银河系的行星”,脑子里蹦出来的还是木星、土星、海王星这些老熟人,但银河系的直径有十万光年往上,里面塞着至少1000亿颗恒星,2012年《自然》上有篇论文估算,银河系里行星的数量可能比恒星还多,平均每颗恒星至少拖家带口带着一颗以上的行星。

什么意思呢?木星在太阳系里算大哥,扔到银河系里就成了一粒沙子旁边稍大一点的另一粒沙子,所以问题的答案根本不在太阳系里找,得把目光从家门口挪开。

那问题就变成了:银河系里已知最大的行星,到底有多大?这里需要先定个规矩——多大的行星还能叫行星,因为宇宙里有一些东西跨在行星和恒星之间的模糊地带,分不清它到底算哪边的。

棕矮星:宇宙里最爱“骑墙”的那一类

这就得聊到一个挺有意思的天体——棕矮星,它的质量卡在行星和恒星之间,大概在木星质量的13倍到80倍这个区间,够不着氢核聚变的最低门槛,点不亮自己,但内部又能发生氘的聚变反应,能稍微热乎一阵子,你说它是恒星吧,它不够格;你说它是行星吧,它又比最大的行星还大。

天文学界内部为这事儿掐了好多年,2018年国际天文学联合会(IAU)的工作组给过一个区分标准:质量低于氘聚变极限(约13倍木星质量)算行星,高于这个但低于氢聚变极限算棕矮星,话是这么说,实际观测里根本不好使,因为你很难精确到小数点后几位去称一颗几百光年外天体的质量,所以很多时候,同行之间只能互相拍拍肩膀说:“先标着,以后再说。”

我们索性分两条路看——一条路看绝对个头最大的行星候选体,另一条路看确认无疑的行星里谁最大,这样讲起来清爽,也不会把棕矮星和行星搅成一锅粥。

第一颗:有争议但谁都绕不过去的“巨无霸”

如果允许棕矮星边缘地带的天体参赛,那目前经常被拉出来讨论的是一颗叫GQ Lupi b的天体,坐落在天狼座方向,距离地球大约500光年,2005年欧洲南方天文台直接拍到了它的身影,这在当时是个不大不小的新闻,估算质量在木星的1到36倍之间,区间拉得很大,但哪怕取下限也已经踩在棕矮星的边界上。

真正让人犹豫的是它的形成方式,它和主星之间的距离远得离谱,差不多是太阳到海王星距离的3倍以上,有些天文学家认为这是两颗星一起从星云里收缩出来的,算“失败的伴星”,应该归到棕矮星,另一派说它吸积气体的模式和行星没两样,凭什么不算,GQ Lupi b就这么尴尬——论个头能在行星榜里排头把交椅,但身份证上写的到底是“行星”还是“棕矮星”,至今没个定论。

天体名称 质量(木星=1) 与主星距离 争议点
GQ Lupi b 1~36 约100AU以上 形成方式不明确,可能属棕矮星
HD 100546 b 最高约8~10 约53AU 早期估算偏大,后续数据下调
TrES-4b 92 非常近(热木星) 密度极低,体积巨大但质量很轻

顺便提一嘴,前些年还有颗HD 100546 b被炒作得厉害,早期估算质量高达木星的20倍以上,个头大得吓人,后来多波段观测一出来,数据往下修正了不少,现在主流的看法是它的质量大约在木星的8到10倍之间,仍然可能是行星,但已经没有当初吹的那么离谱,科学新闻就是这样,头一轮报道最唬人,后续修正没人转。

第二颗:没有争议的那颗,反而不是质量最大的

如果只看确凿无疑的行星身份,目前已知银河系里体积最大的行星大概率是TrES-4b,名字像某种工业产品编号,但它其实是2006年跨大西洋系外行星巡天项目发现的一颗热木星,落在武仙座方向,距离地球约1400光年。

这颗行星有个让人一看就记住的特点——密度低得离谱,平均密度大概只有每立方厘米0.33克,什么概念呢?水的密度是1克每立方厘米,软木塞的密度大概0.2左右,TrES-4b就像一块在宇宙里漂着的巨大泡沫,松松垮垮一大团,它的直径大约是木星的1.7倍,但质量只跟木星差不多。

那为什么它这么大?因为它离主星太近了,公转一圈只要三天半,表面温度被烤到1700多摄氏度,整个大气层像被吹胀的气球一样膨胀开来,这种行星叫“膨胀热木星”,属于系外行星研究里的一个经典谜题——按理说这个质量应该引力自收缩成更小的体积,但观测就是显示它们大得不成比例,天文学家怀疑有额外的加热机制在撑开大气,但具体机制还在吵。

所以如果是按谁的直径最大来排,TrES-4b在很多文献里是排第一梯队的,质量不大,块头惊人,属于宇宙里“虚胖”的典型。

等等,那“两大行星”到底该怎么排?

这时候回头看最开始的问题就很有意思了。“银河系两大行星”本身是个模糊的提问,模糊到需要先反问一句:你说的“大”,是指质量大还是体积大?是要算上棕矮星边缘天体,还是只看铁板钉钉的行星?

如果按质量排——暂不考虑分类争议的情况下——GQ Lupi b这类跨在行星和棕矮星边界上的天体会占据榜单前列。确认属于行星范畴的最大质量行星,目前几个候选者多在木星质量的10倍上下,比如HD 100546 b(修正后约8~10倍木星质量),但这一块的数值随时可能因为新的观测而调整。

如果按直径(体积)排,TrES-4b绝对稳坐前几名,除了它之外还有同一类型的WASP-79b、WASP-12b等膨胀热木星,直径都在木星的1.5倍以上,它们的共同特征是离主星极近、温度极高、密度极低,宇宙里个头大的行星,往往不是重的那些,而是被烤得膨胀起来的那些,柔软的东西,反而占地方。

把镜头拉回自家阳台

我后来跟儿子讲了这个事,他听完第一反应是:“所以没有标准答案?”

我说对,没有那种“第一名是某某,第二名是某某”的干净答案,但他反而更来劲了,说那颗叫TrES-4b的行星像个在炉子边烤火烤到发胀的馒头,七岁小孩的比喻,倒是比很多科普文章精准。

天文学最大的魅力可能就在这儿——问题比答案重要,一个晚上能查资料解决的问题,往往不如一个越查越深的问题让人上瘾,GQ Lupi b到底算行星还是棕矮星现在都不重要了,重要的是,那天晚上我举着手机站在阳台上,手停在半空的那个瞬间:突然意识到自己以为很熟悉的概念,其实根本没想过它真正的边界在哪里。

这种感觉有点像你住了十年的小区,某天抬头发现楼后面有座山,而那座山一直在那儿。

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