最大的巨行星有多大？褐矮星？

上回我们介绍了两个位于白矮星和脉冲星周围的行星，它俩分别也是目前已发现的体积最小和质量最小的行星。最小的行星我们已经见识过了，那最大的行星能有多大呢？

HD 100546 是一颗距离我们 300 多光年的年轻恒星，年龄大约在 1000 万年左右。和我们太阳相比它就像个刚满月的小 baby。因为刚出生不久，围绕它的不是成熟的行星，而是一个由气体和尘埃构成的圆盘，也就是原行星盘。

在这个系列第一期里我们说过，目前发现系外行星主要靠两种方式:凌日法和视向速度法。

但是这两种方式在有原行星盘的年轻恒星这里都不好用。因为凌日法行星会被尘埃盘遮挡；而视向速度法，幼年恒星的光球层又不稳定，会影响恒星光谱。那怎么办呢？

对，直接看！不就 300 多光年嘛，也不是太远。

但是说着容易做着难，直接成像法虽然是发现系外行星的一种重要方式，但它的限制条件比较多。比如行星的个头要足够大，距离恒星要尽量远，这样才不至于被恒星的光芒掩盖，加上现在又有个尘埃盘在这碍事儿，想直接看到行星确实没那么容易。

不过尘埃盘虽然碍事儿，但也有它的好处。通常巨大的行星会在尘埃盘中凿出一条又深又宽的缝隙，盘面上这些缝隙就成了天文学家在这里发现行星的线索。

2012 年，天文学家通过中红外干涉测量的方式研究了尘埃盘的间隙特征。然后他们发现，这里可能存在着一颗超级巨大的行星，质量甚至有 30 倍木星质量以上。

不过研究人员也发现，仅靠这一颗行星来解释尘埃盘的所有间隙，解释力可能不太够。因为它是一颗正在形成过程中的原行星，这个离谱的质量可能包含了部分尘埃盘或者其他行星的质量。另外，如果这颗行星真的达到这个规模的话，那它可能就不能算是行星，已经够资格被称为褐矮星了。总之，鉴于受限的观测手段，别说个头，这颗行星是否真的存在都还有很大不确定性。

随后，另外两个团队针对该天体进行了专门的研究。结果发现，在恒星偏北方向的尘埃盘中确实存在一个明亮的发射源。只是这次对质量的预估已经降低到十几倍木星质量。考虑到这里面的水分仍然不小，研究人员认为它应该是一颗新形成的气态巨行星，而非褐矮星。

此时这颗行星依然只是一颗候选行星，因为我们还缺少关于轨道周期这些行星的基本数据。

2015 年，研究人员首次利用多波段进行了高对比度的成像研究。这次虽然在质量上没有给出更精确的结果，但是他们这次给出了这颗行星较为精确的大小 ——6.9 倍木星半径。同时他们也计算出其轨道周期大约为 250 年，这意味着该行星的质量应该不会特别大。至此，这颗位于原行星盘中的正在形成中的系外行星正式被确认。

除此之外研究人员发现，在这颗行星的外侧，那里似乎还存在着另一颗行星，它的质量似乎更大。

六年后，一篇发表在 2021 年 7 月《天文学与天体物理学》期刊上的文章中，研究人员再次通过阿塔卡玛射电望远镜对该原行星盘进行了详细的观测和分析。这次研究人员利用光滑粒子流体动力学(smoothed-particle-hydrodynamic)对这两颗原行星进行了精确模拟。

在模拟结果与观测结果吻合的情况下，这次终于得到了这两颗行星较为精确地数据:那个 6.9 倍木星半径的巨行星，其质量约为 3.1 倍木星质量；而它外侧的那颗质量高达 8.5 倍木星质量，不过后者目前仍然处于待确认状态。

6.9 倍木星半径，单从尺寸来说这已经是目前已知行星个头的天花板了，但是如果从质量来看的话，无论是 3.1 倍还是 8.5 倍，距离极限值都还有些距离。

HD 206893 c 是一颗距离我们 130 光年的系外行星，经过精确地动力学测量，它的质量大约在 12.7 个木星质量，如此高的质量以至于它的表面温度接近上千度。

一个上千度的气态巨行星，这听起来像什么？是不是很像一颗恒星？而在它的外侧还有一颗更夸张的“行星”，它的质量甚至达到了 28 倍木星质量，这已经妥妥的是一颗褐矮星了。

所谓褐矮星，就是那些因为缺了些质量从而无法使内部的氢发生聚变，所以不被归为恒星的一类亚恒星。虽然氢没法被点燃，但只要达到 13 倍木星质量以上，让它的同位素氘发生聚变已经足够了。至于是否能持续燃烧以及能燃烧多久，这个和具体内部结构有关。这类“着了但又没着”的亚恒星就被称为褐矮星。

所以如果单从质量上看，HD 206893 b 确实不折不扣是一颗褐矮星。因此 HD 206893 算是一个非常特殊的混合行星系统，因为它同时包含了恒星、行星和褐矮星三者。这种情况对天文学家来说还是第一次遇到，它对研究褐矮星和超级巨行星它们之间的区别很有帮助。

其实关于这类临界天体如何去分类，目前还存在争议。比如作为无法成为恒星的褐矮星来说，虽然它已经很“失败”了，但有一类天体比它还“失败”，就是“次褐矮星”，它的质量甚至可以低至 1 倍木星质量。

“1 倍木星质量”…… 这不就是个行星吗？

其实这里面关键在于它的形成方式:如果它像木星那样诞生于恒星的原行星盘，那它就是行星；如果它像恒星一样是由气体云直接坍缩而成，那么它就是次褐矮星。但是对于游荡在星际间的这种次褐矮星，我们叫它“流浪行星”似乎也说得过去…… 是不是感觉挺乱的？没错，之前直接根据质量划分，现在还得看它的形成过程，关键是当初它具体是怎么形成的现在也很难说。所以关于是褐矮星还是行星，它们到底怎么区分，现在仍然存在争议。

说到这儿我又想起了可怜的冥王星。当年国际天文学联合会还专门开会探讨过是否把它踢出大行星队伍，最后冥王星被降级为矮行星，太阳系恢复八大行星。

这时候就有人会说:“你们也太自以为是了，怎么划分那是人类的事，天体该怎么样还是怎么样。”

没错，就像鸟类学和鸟的关系，小鸟能不能飞轮不到人类说三道四，归纳总结是我们自己的事。“完善分类”可不是天文学家的闲来无事之举，它不仅为今后的研究提供便利，同时也代表着我们在这方面有了更全面、更深刻的认识，这对日后的科学发展还是有着重要意义的。