天文学家如何知道行星和恒星的年龄？

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天文学家使用美国宇航局的哈勃太空望远镜组装了这张哈勃超深空2014照片。(图片来源:美国国家航空航天局、欧空局、H. Teplitz和m . Rafelski(IPAC/加州理工学院)、A. Koekemoer(科技科学研究院)、R. Windhorst(亚利桑那州立大学)和Z. Levay(科技科学研究院))

（）据美国太空网（亚当·博加塞）：Adam Burgasser是加州大学圣地亚哥分校的天文学和天体物理学教授，也是一名观测天体物理学家，研究最冷的恒星、褐矮星和太阳系外行星。

测量行星和恒星的年龄有助于科学家了解它们何时形成以及如何变化——对于行星来说，生命是否有时间在其上进化。

不幸的是，太空中的物体很难测量年龄。

像太阳这样的恒星在数十亿年里保持着相同的亮度、温度和大小。像温度这样的行星属性通常是由它们围绕的恒星决定的，而不是由它们自身的年龄和演化决定的。

确定一颗恒星或行星的年龄可能就像猜测一个从童年到退休看起来一模一样的人的年龄一样困难。

推测一个明星的年龄

幸运的是，随着时间的推移，恒星的亮度和颜色会发生微妙的变化。通过非常精确的测量，天文学家可以将恒星的这些测量值与数学模型进行比较，这些模型可以预测恒星变老后会发生什么，并据此估计年龄。

恒星不仅会发光，还会旋转。随着时间的推移，它们的旋转速度会减慢，类似于纺车遇到摩擦时的速度。通过比较不同年龄恒星的旋转速度，天文学家已经能够建立恒星年龄的数学关系，这种方法被称为陀螺年代学。



研究人员估计太阳已经有45.8亿岁了。(图片来源:NASA)

恒星的自转也会产生强大的磁场，并产生磁活动，例如恒星耀斑——恒星表面发生的强大的能量和光爆发。恒星磁场活动的稳定下降也有助于估计其年龄。

一种更先进的确定恒星年龄的方法被称为星震学，或称星震学。天文学家研究由穿过恒星内部的波引起的恒星表面的振动。年轻恒星的振动模式与年老恒星不同。通过使用这种方法，天文学家估计太阳的年龄为45.8亿岁。

拼凑一个星球的年龄

在太阳系中，放射性核素是确定行星年代的关键。这些特殊的原子会在很长一段时间内缓慢释放能量。作为自然时钟，放射性核素帮助科学家确定各种事物的年龄，从岩石到骨头和陶器。

利用这种方法，科学家们确定了已知最古老的陨石年龄为45.7亿岁，与太阳的星地震学测量值45.8亿岁几乎相同。地球上已知最古老的岩石年龄略年轻，为44亿年。同样，阿波罗任务期间从月球带回的土壤的放射性核素年龄高达46亿年。



月球表面的环形山。(图片鸣谢:Tomekbudujedomek/Moment via Getty Images)

虽然研究放射性核素是测量行星年龄的一种强有力的方法，但它通常需要手里有一块石头。通常，天文学家只有一张行星的照片。天文学家经常通过计算陨石坑来确定像火星或月球这样的岩石太空物体的年龄。旧的表面比新的表面有更多的陨石坑。然而，水、风、宇宙射线和火山熔岩流的侵蚀会抹去早期撞击的证据。

老化技术对像木星这样表面深埋的巨行星不起作用。然而，天文学家可以通过计算其卫星上的环形山或研究其散射的某些类别陨石的分布来估计其年龄，这与岩石行星的放射性核素和环形山方法一致。

以目前的技术，我们还不能直接测量太阳系外行星的年龄。

这些估计有多准确？

我们自己的太阳系为准确性提供了最好的检查，因为天文学家可以将地球、月球或小行星上岩石的放射性核素年龄与太阳的星震年龄进行比较，这些年龄非常匹配。

像昴宿星或半人马座欧米伽星这样的星团中的恒星被认为几乎都是在同一时间形成的，所以这些星团中单个恒星的年龄估计应该是相同的。在一些恒星中，天文学家可以在它们的大气中检测到铀等放射性核素——一种在岩石和土壤中发现的重金属——这已被用于通过其他方法检查年龄。

天文学家认为行星与其宿主恒星的年龄大致相同，因此改进确定恒星年龄的方法也有助于确定行星的年龄。通过研究细微的线索，有可能对一颗恒星的年龄做出有根据的猜测。

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