行星的定义是什么？

从基本概念上讲，宇宙似乎可以分为两大类天体：恒星和行星。恒星是燃烧的气体组成的巨大球体，其主要功能是将氢聚变成氦。它们由巨大的气体云形成，这些气体云最终汇聚成足够多的数量，从而引发核反应。行星则由恒星形成后在其周围残留的物质形成。它们从小碎片聚集形成原行星，然后原行星碰撞形成我们今天看到的巨大天体。

我们太阳系中的大多数其他天体——小行星、矮行星、彗星等——是行星形成过程中从未完全聚拢的残留建筑材料。“由恒星周围尘埃云形成的巨大天体”通常是对行星最快速、最粗略的定义。但有时候并非如此。有些天体处于一个奇怪的中间地带——不够大不能成为恒星，但又太大不能成为行星。还有些行星可能根本就没有围绕恒星形成。

中间地带

我们认为恒星能发生的氦聚变所需的最低质量约为太阳质量的7%，即大约73个木星质量。同样，按照我们目前所理解的行星形成方式，其上限约为13个木星质量，或0.012个太阳质量。（木星几乎是太阳质量的1%，但还差一点。）

在14到72个木星质量之间的天体被称为褐矮星，它们既不是恒星也不是行星。科学家认为它们像恒星一样形成，但从未获得足够的质量来启动氢到氦的聚变过程。取而代之的是，它们将氢转化为一种更重的同位素，称为氘，这个过程产生的能量要少得多。褐矮星的温度范围很广——最高约1900华氏度，最低可达零度以下几度——并且发出的光非常少，因此大多数望远镜会用红外线而非可见光来搜寻它们。

最早的官方公开文献探讨恒星与行星之间界限的是1962年Shiv Kumar发表的一篇论文，他想探索质量非常低的恒星——那些低于0.1太阳质量的恒星——会发生什么。他确定了0.07太阳质量的上限，并将其他一切称为“黑矮星”。其他早期文献将氦聚变上限以下的所有天体都归为“亚恒星天体”。

直到20世纪80年代，研究人员才开始发现具有褐矮星潜质的天体，直到1995年，Teide 1和Gliese 229B都被确认为褐矮星。这发生在首批系外行星出现的时期，并引发了一场激烈的辩论。

天文学家在围绕恒星的类行星轨道上发现了天体，但它们太大，不像是行星。在系外行星发现初期报道的最小褐矮星是围绕HD 110833恒星的17个木星质量的天体。虽然褐矮星可能像行星一样绕恒星运行，但它们更有可能是与母恒星一同形成，且从未获得足够的质量来点燃聚变。但有时，一些非常像行星的天体可能根本没有恒星形成——有点像微型褐矮星。

离经叛道

对太阳系外行星的搜索已发现了一些非常奇特的物体。然而，最奇怪的发现行星的地方可能是行星系统之外。这些自由漂浮的行星——有时被称为流浪行星——通常有5-10个木星质量。

我们只发现了极少数，因为它们本身不发光，或者在可见光波长下发出的光非常少。但在红外观测中发现了一些，它们的自转产生的热量暴露了它们的位置。这些天体之所以会出现在那里，有两种可能性。最简单的解释是，它们只是被其他天体的引力相互作用从其母星系中抛出的普通行星。但更有趣的可能性是，它们是在那里从一团气体和尘埃中形成的，但独立于任何恒星。如果是这样，那么尽管它们具有行星大小，但它们实际上并没有像行星一样形成。如果说褐矮星是失败的恒星，那么你可以把这些看作是失败了两次的恒星。

“我的工作理论是它们是混合的——有些可能是行星在盘中形成后被抛出，而另一些可能是恒星形成过程中的残余物，”哈佛大学的Sagan研究员Caroline Morley说。Morley研究流浪行星。它们的质量可能难以捉摸，尤其是当行星不绕其他天体运行时。（估算质量的一个好方法是研究行星或褐矮星在共同引力点上对其母星的“拉扯”程度。）

她说，我们可以通过研究自由漂浮行星相对于该区域其他天体的运动来确定它们是否是“真正的”行星。一个与恒星和褐矮星共同运动的流浪行星可能像恒星一样形成，而一个被驱逐的行星可能沿着自己的轨迹加速离开。

还有热量的问题。即使一个独立于恒星形成的天体不够大，不能成为褐矮星，它可能仍然从其形成过程中保留了大量的热量。大多数行星可能温度稍低，这取决于它们的年龄。但有些天体似乎是独立形成的，但却异常寒冷。

“现在还没有一个好的名字，”Morley说。“大多数人称之为非常冷的褐矮星。”

确定流浪行星性质的最简单方法是使用詹姆斯·韦伯空间望远镜进行观测，看看它们的成分是什么。如果成分更像褐矮星，则可能意味着它们是由一个坍缩的气体云形成的，而不是从其母星系中被抛出的行星。

转折

但对于一些自由漂浮的行星，还有另一种可能性。也许它们不像恒星或行星那样形成。相反，它们可能是在暴力时期形成的大型云团。当一颗恒星遇到黑洞时，就会发生混乱。黑洞会从恒星中吸取气体，这被称为潮汐瓦解事件，而且这并非一次干净的进食。

根据2017年哈佛大学本科生Eden Girma的一项研究，你可以从超大质量黑洞吞噬恒星时产生的碎片中产生行星——或者类似的东西。本质上，黑洞喷射出的物质流会产生一个或两个木星质量的气体云。它们的大小与行星相当，但不是逐个小颗粒地形成的，而且几乎可以肯定与小褐矮星非常不同。相反，它们是从一个暴力的流水线中喷射出来的。

与流浪行星一样，这些“行星质量碎片”独自存在于太空中——它们的移动速度甚至比被抛出的流浪行星还要快，有时会沿着离开星系的轨迹运行。一次超大质量黑洞的潮汐瓦解事件可能产生1000到10000个这样的天体。

发现它们可能是另一回事——它们会很快冷却，因此基本不可见，即使我们能发现一个，除了速度之外，也很难将它与相对较小的流浪行星区分开来。

拓展极限

有些行星存在于我们意想不到的地方——围绕中子星。中子星是巨大恒星在超新星爆炸后留下的核心，坍缩成一块城市大小的中子物质。（一些质量更大的超新星恒星会变成黑洞，这取决于形成它们的原恒星质量。）

最出名的中子星被称为“脉冲星”，因为它们会以规律的间隔“脉冲”。虽然它们似乎是最不可能发现行星的地方——毕竟，超新星会摧毁几乎所有路径上的东西——但还是发现了一小部分。天文学家通过寻找脉冲星规律节奏中因轨道天体引起的干扰来搜索行星。由于许多脉冲星不这样做，所以我们认为那里行星不多。

“有三个不同的系统拥有脉冲星行星，而且每一种的形成方式都被认为不同，”内华达大学拉斯维加斯分校的天文学和物理学副教授Rebecca Martin说。

1992年，宣布发现了两颗围绕脉冲星PSR B1257+12的行星，1994年又宣布了第三颗行星。其中一颗行星的质量约为月球大小，这使其至今成为质量最小的已知系外行星。另外两颗属于被称为“超级地球”的行星类别，即岩石行星中质量较大的。

考虑到它们居住在极端环境中，这些行星却出奇地普通，它们像普通恒星周围由碎片盘形成的行星一样，在同一平面上运行。在这个极端环境中，任何行星都应该被摧毁。然而，Martin说，这些物质可能来自一颗不幸的联星。脉冲星从这颗伴星上吸取气体，增加质量，并在周围散布气体，然后这些气体就像碎片盘一样运动。然后这些气体聚集成行星，甚至可能留下类似小行星带的东西。

而一颗脉冲星行星可能根本没有像行星那样形成。行星PSR J1719-1438 b的质量略大于木星——但其真实半径更接近于天王星。这使得它的密度是木星的近20倍。它如此致密，并且含有如此多的碳，以至于被称为“钻石行星”。

“（天文学家）认为这是白矮星的残骸，这就是为什么它如此致密，”Martin说。白矮星是像太阳这样的小型恒星的核心，而1438 b的最佳解释是它像白矮星一样形成，然后失去质量，直到其质量大约是木星那么大。它的质量只有已知质量最小的白矮星的四分之一。虽然1438 b曾经很可能是一颗恒星，但根据大多数常见定义，它现在是一颗行星。

未来

大型望远镜设施可能有助于我们最好地确定哪些行星一开始并非像行星那样形成，或者找到行星与褐矮星之间的中间天体。“我们已经发现了许多立刻跨越了边界的东西，”Morley说。弄清楚它们各自的性质将需要密集的观测，并且可能在此过程中会发现一些奇怪的东西。

但大型望远镜时代可能会根据我们对行星形成的最佳理解，进一步模糊“传统”行星与仅仅表面上与其相似的物体之间的界限。我们还可能确认那些以传统方式形成但被彻底改变的行星。

有一些疑似的“天卫一（Chthonian）行星”，它们形成时是气态巨行星，但其气体外壳被剥离，留下了致密的岩石行星。“是什么构成行星”的争论由来已久——未来几十年将解决一些问题，但可能也会带来更多的问题。毕竟，在一个看似无限的宇宙中，还有什么其他奇怪的东西隐藏在那里呢？