“幻影行星”现形记

张唯诚

脉冲星周围的系外行星

天文学家热衷于在宇宙中搜寻系外行星，认为这种行星最有可能出现在类似太阳的恒星周围。然而，真是这样的吗？

1990年1月，波兰托伦天文学中心的天文学家亚历山大·沃尔兹刚来到波多黎各，那里有一架口径305米的射电望远镜，名为阿雷西博射电望远镜。通常情况下，这架目前世界上口径最大的天文望远镜总是被预约排得满满的，但沃尔兹刚到来时，由于要维修，它被闲置了下来。沃尔兹刚意识到，他的机会来了，他可以进行一次没有目标的巡天观测，让望远镜跟随地球的自转漫无目的地搜索天空，看有没有机会发现非同寻常的天体。

巡视进行到10天时，他有了收获，发现了一颗很特别的脉冲星。

脉冲星是一种完全由中子组成的致密星体。当一颗有相当质量的恒星发生爆炸时，它的中心部分因反作用力向内压缩，由此形成的压力大到足以使电子进入原子核，并与质子结合成为中子，于是便诞生了一颗中子星。中子星的密度非常大，直径只有几十千米，质量却比太阳还要大。它们在体积缩小时转速会加快，同时释放大量能量。当其以磁轴为中心的辐射锥扫过地球时，就有可能被地球上的射电望远镜捕捉到。

沃尔兹刚新发现的脉冲星名为PSR B1257+12，它旋转得非常快，每秒达到几百圈。沃尔兹刚很快发现，这颗脉冲星发出的脉冲信号有点特别，时而早一点，时而晚一点，这表明它的旁边可能有天体在影响着它，使它时而靠近地球，时而远离地球。

经过艰苦分析，沃尔兹刚和其他科学家认为，这颗脉冲星的周围有三颗行星，分别被称为A、B 和C。

多数人都认为脉冲星不会拥有行星，但沃尔兹刚的发现否定了这种观点。

1992年，沃尔兹刚在美国天文学会上宣布了他的发现。他介绍说，行星B和C的质量都相当于地球质量的4倍，但行星A的质量只相当于地球质量的1/15。迄今，行星A 仍是已知绕着除太阳之外的另一颗恒星运行的最小的行星。

这件事引起了很大的轰动。那颗被行星环绕的天体不是一颗和太阳相似的恒星，而是一颗脉冲星，这让人们十分困惑。

在残骸中获得新生

脉冲星PSR B1257+12是如何拥有行星的呢？它拥有行星的过程和太阳一样吗？回答是否定的。太阳是一颗中等质量的恒星，相对算是温和的，形成脉冲星的过程则很暴力。还有，地球和太阳系中的其他行星都源于太阳的诞生，而脉冲星周围的行星则肇因于恒星的死亡。那么，这样的事是如何发生的呢？

原来，一颗脉冲星的过去都是一颗大质量的恒星，其质量至少为太阳质量的8倍。在巨大引力的作用下，这颗星非常明亮和炽热，所以只需几百万年，它的生命就走到尽头了。于是，这颗恒星发生了爆炸，成了一颗超新星，它以十分猛烈的形式将自身的绝大部分物质抛向太空，而剩下的物质则变成一颗高度密集且高速旋转的天体，即中子星。当地球上的望远镜接收到这颗中子星发出的脉冲信号时，人们就称它为脉冲星。在这颗恒星变成超

新星之前，它的周围很可能已经存在行星，但它们在超新星爆发中被毁灭了。

然而演化并没有就此停止。超新星爆发结束后，这颗星的周围形成了一个由气体组成的盘，盘中的物质是爆炸抛射出的碎片、尘埃和气体。这个盘之所以存在，是因为有部分物质并没有在爆炸中以足够高的速度摆脱引力进入太空。接下来，这个盘开始冷却收缩，最后形成了一个新的行星家族，由超新星爆发产生的更重的元素组成。

在脉冲星的周围发现行星，按理说应该是一个很受关注的重大事件，然而，人们更感兴趣的是在类太阳恒星的周围发现行星。从1995年开始，天文学家终于在类太阳恒星的周围陆续发现了行星，很快将人们的视线吸引了过去。脉冲星PSR B1257+12周围的行星A、B、C 被人们淡忘了。

但是，这种被称为“幻影行星”的天体并没有就此销声匿迹，仍时不时地出现在人们的视野中。1993年，美国加州理工学院的天文学家史蒂芬·索赛特（Stephen Thorsett）在另一颗脉冲星的周围发现了一颗行星质量的天体，这就是行星PSR B1620-26 b。这颗行星同沃尔兹刚发现的行星很不一样，它的质量是木星质量的2.5倍，超过沃尔兹刚发现的行星质量的100倍。它绕脉冲星公转的方式也很特别，其公转轨道很大，周期达100年。人们还发现，在这个系统中，那颗脉冲星的旁边还有一颗伴恒星。而且，这颗行星的年龄也很大，达到了127亿岁，是人们迄今发 的最高寿的行星。

从红巨星到白矮星

到了2011年，更新鲜的事发生了。一组射电天文学家发现了第三个绕脉冲星运行的行星系统，而且这个系统中的行星与此前发现的两个系统中的行星又不相同。这一次，行星的质量与木星相似，但其密度则至少是木星的10倍，比铅还要结实。

这一观测若得到证实，那么这颗恒星的外层就很可能是碳，并且是晶体形态的碳。当然，它还有一个更为人熟知的名字，钻石。

迄今，人们在脉冲星周围发现的行星都很不相同。科学家推测，在银河系中，以脉冲星为中心的行星系统应该还有很多，但现在的射电望远镜很难发现它们。沃尔兹刚希望能再次使用阿雷西博望远镜搜索星空，从而有进一步的发现。现在，他有了另外一个更加引人注目的计划，那就是研究一个更大的恒星族群，从而找到另一种类型的“幻影行星”。

现在人们知道， 只有质量非常大的恒星才能演化成脉冲星，所以脉冲星在宇宙中相对并不多。在我们的银河系中，大约97%的恒星都不能演化成脉冲星，它们有一个完全不同的演化路径，那就是先变成红巨星，再变成一颗白矮星。这也是太阳的宿命。

当太阳进入老年阶段，它会变得橘红，星体慢慢膨胀，成为一颗红巨星。那时太阳的个头将是现在的200倍，它慢慢地变得越来越亮，个头越来越大，然后吞掉金星和水星。

变成红巨星后，太阳并不会停止演化，它内部的核反应越来越不稳定，时而膨胀，时而收缩。当它的能量再也无法支撑其自身引力的时候，它便只好坍塌下去，于是它的中心有了一个密度极高的核。开始的时候，这个核被一些星云物质包裹着，被称为行星状星云，但一段时间后，星云散去，我们便可以看到在红巨星的内部诞生了一颗白矮星。

白矮星的颜色偏白， 因为它还有残存的能量，发出暗淡的白光。由于坍塌产生的压力，白矮星被压缩到很小，因而其密度很大。它虽然失去了新的能量来源，但残存的能量依然使它发出光和热。

白矮星周围的生命行星

假如你要了解那些死亡后又重生的行星，那么红巨星就是最好的观察对象。沃尔兹刚招募了一个科研团队，从2004年至今，观测了大约1000颗恒星，其中绝大多数是红巨星。沃尔兹刚说：“探测红巨星周围的行星能使你知道，当一颗恒星开始演化，逐渐失去质量，膨胀成一颗红巨星的时候，它所在的行星系统会发生什么样的事情。”

到目前为止，这一科研团队已经发现了超过40个这样的行星系统，因此他们能够描述当太阳变成一颗红巨星的时候，我们的家园会发生什么。到那时，地球会变得非常热，而火星则温暖起来。再后来，木星和土星的卫星也开始从冰封的状态中醒过来，甚至孕育出勃勃生机。当太阳热到极端的时候，它的能量甚至能使冥王星也变成一个温暖的星球。

变成红巨星的太阳最终会毁掉行星生存的环境。它抛掉自身的外层物质，质量随之减少，引力变得小起来。于是，它周围的行星开始向外迁移，它们有了新的轨道，整个行星系统变得混乱和躁动，轨道交叉、行星碰撞。而与此同时，太阳依然在膨胀，事情还在进一步发展。

现在的研究还无法确定地球的命运究竟会怎样，它可能依然是一个岩石星球，但不会再有生命了，而水星和金星则将被汽化。

沃尔兹刚及其同事在宇宙中找到了一个实例，即一颗名为BD+48 740的红巨星。他们发表的研究结果说，这颗红巨星的表层含有大量的锂。 锂是行星中普遍含有的元素，但在恒星中则几乎从未被发现，那么红巨星BD+48 740的表层为什么会有锂呢？这些科学家解释说，那些锂应该来自被烧毁的行星。此外，这些科学家还发现，这颗红巨星的周围运行着一颗很怪异的行星，它比木星大一点，运行轨道很奇特，是一个扁扁的椭圆，表明这个行星受到了外力的扰动，从而形成了非同寻常的轨道。这是红巨星的膨胀致使周围行星运行混乱导致的结果。

值得注意的是， 沃尔兹刚及其同事在论文中还指出，当红巨星演变成白矮星以后，它的旁边也有可能产生可居住的生命行星。这些科学家解释说，白矮星形成后，它的周围会有一个由碎片组成的盘，其中的物质能凝结成行星。虽然白矮星已停止了“制造”热量，但它还在发挥“余热”，因此，假如有一颗行星形成于离白矮星很近的地方（大约为地球和太阳之间的距离的1%），那么它就依然有可能得到充足的热量，从而演化成一颗生命行星。这是一个从旧世界的灰烬中浴火重生的新世界，在这种情况下，生命仍然有可能在旧行星系统的残骸中重新出现。

白矮星冷却得很慢，它有足够的时间为行星提供热量，而行星上的生命也有足够的时间完成它们的演化。因此，科学家有关生命行星的推测应该是站得住脚的。