虽然我们对太阳系很熟悉,但它其实可能有些不为人知的古怪之处。银河系拥有许多行星围绕恒星运行。不过我们发现了根本不围绕任何恒星运行的行星,它们独自在银河系中漂流(除非有卫星相伴)。这类行星被称为流浪行星( rogue planets)。

搜寻流浪行星

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流浪行星源自何处?

行星的形成过程相当混乱。科学家认为,行星是在年轻恒星周围被称为原行星盘的气态尘埃盘中形成的,气体尘埃不断聚集形成更大的天体。

碰撞和近距离接触有时会使行星脱离其母恒星的引力束缚,形成流浪行星。不过流浪行星也可能形成于孤立的尘埃气体,这些尘埃气体云因规模太小而无法创生出恒星。

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看见原先所看不见的行星

科学家已经发现了4000多颗系外行星,但只有少数是流浪行星。因为流浪行星很难被发现!流浪行星对我们来说几乎完全看不见,因为它们不能像恒星同样本身发出耀眼的光芒,而且宇宙也漆黑一片。这就像是在没有手电筒的情况下,在一间暗房里寻找一只黑猫。

天文学家寻找行星时,一般都是通过它所围绕运行的恒星来进行寻找的,观测围绕轨道运行的行星可能对母恒星产生的微小影响。但这对流浪行星却不起作用,因为它们没有围绕恒星运转。此外,流浪行星通常温度很低,所以也无法利用红外线望远镜的热视觉找到它们。

那么我们怎样才能找到流浪行星呢?天文学家利用一种奇妙的宇宙现象,通过流浪行星对星光的影响来探测它们。当地球、流浪行星和遥远的背景恒星排成一列时,流浪行星会扭曲增强背景恒星的星光。这种现象被称为引力微透镜效应(Microlensing),看起来是如下所示:

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想象你有一个蹦床,一个高尔夫球和一个看不见的保龄球。如果你把保龄球放在蹦床上,即使你不能直接看到球,你也能看到它是如何在蹦床上留下凹痕的。如果你在它附近滚动高尔夫球,它会改变高尔夫球的路径。

流浪行星对太空的影响就像保龄球扭曲蹦床一样。当来自一颗遥远恒星的光经过一颗流浪行星时,会在发生扭曲(就像上面的动画中它在恒星周围弯曲一样)。如果地球上的天文学家观察这颗恒星,他们会注意到恒星会短暂地变亮。亮度尖峰的形状和持续时间会使天文学家们知道那里有一颗行星存在,即使行星本身无法被看见。

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地面望远镜必须透过地球的湍流大气来搜寻流浪行星。但当南希•格蕾丝•罗曼太空望远镜(Nancy Grace Roman Space Telescope)于本世纪20年代中期发射后,将处于地球大气层之外(甚至比月球还远),这将为观测遥远的恒星以及流浪行星提供更好的视角。

其他的太空望远镜必须非常幸运才能发现这些百万分之一的引力微透镜信号。但是罗曼太空望远镜会花几个月的时间观察大片的天空来捕捉这些转瞬即逝的信号。

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来自流浪行星的教训

科学家们已经提出了不同的模型来解释不同的行星系统是如何随着时间的推移而形成和变化的,但我们仍然不知道哪些是正确的。这些模型对流浪行星做出了不同的预测,所以研究这些流浪行星可以帮助我们发现哪种模型最有效。

当罗曼太空望远镜发现微小的透镜状星光光点时,天文学家就能通过光点持续的时间,很好地了解产生该信号的天体的质量。科学家们希望这项任务能探测到数百颗流浪行星,这些行星的体积小至火星(大约是地球的一半大小),大至气态巨行星,比如木星土星

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按照设计目的,罗曼太空望远镜只打算在银河系的一小片区域寻流浪行星。科学家们想出了一个机智的方法,利用罗曼太空望远镜未来的数据来估计整个银河系中有多少流浪行星。这些信息将帮助我们更好地了解太阳系,知道相比银河系的其他星系,太阳系是相当普通还是有点古怪。

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罗曼太空望远镜将有非常广阔的视野,其捕捉到的视野几乎是哈勃太空望远镜的100倍。这项任务将帮助我们了解除了流浪行星之外的各种各样的有趣的事情,比如暗能量和暗物质,这将帮助我们更好地了解我们在太空中的处境。

欲了解关于罗曼太空望远镜的更多信息,请戳阅:https://roman.gsfc.nasa.gov/

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