天文學(xué)家利用哈勃望遠(yuǎn)鏡在2014年拍攝的哈勃極深場。（圖源：NASA，ESA）

這篇文章原本發(fā)表于The Conversation。這篇文章在space的專論與深度解析上發(fā)表的。

亞當(dāng)·伯加瑟是加州大學(xué)圣地亞哥分校的天文學(xué)和天體物理專業(yè)的教授，也是研究最冷的恒星，褐矮星，系外行星的一位觀測天體物理學(xué)家

測量行星的年齡可以幫助科學(xué)家們了解它們是何時(shí)形成以及如何演化的-而且，對于行星而言，生命是否有時(shí)間在上面演化。

但是，對于宇宙空間中的物體，年齡是十分難測量的。

太陽類的恒星在過去的幾十億年都保持著相同的光度，表面溫度和半徑。行星的各種特征-例如溫度，一般是由恒星的特性決定的，而非自己本身的年齡和進(jìn)化。

因此確定恒星或者行星的年齡就像去猜一個(gè)從出生到退休都長得一模一樣的人的年齡。

猜測恒星的年齡

幸運(yùn)的是，隨著時(shí)間的推移，恒星的光度和顏色都會(huì)慢慢的改變。利用很精確的儀器，天文學(xué)家可以通過測光數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)模型的預(yù)測進(jìn)行對比，從而預(yù)測恒星變老之后會(huì)發(fā)生什么，進(jìn)而估算出年齡。

恒星不只發(fā)光，它們還自轉(zhuǎn)。隨著時(shí)間的推移，它們的自轉(zhuǎn)速度會(huì)下降，就像一個(gè)旋轉(zhuǎn)的輪子在遇到摩擦力后會(huì)慢慢的減速。通過比較不同年齡段的恒星的自轉(zhuǎn)速度，天文學(xué)家可以建立一個(gè)描述自轉(zhuǎn)速度和年齡的數(shù)學(xué)關(guān)系，這種方式被稱為回轉(zhuǎn)年代學(xué)。

研究人員估計(jì)太陽的年齡是45.8億年。（圖源：NASA）

恒星的自轉(zhuǎn)同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的磁場和磁活動(dòng)，例如恒星耀斑——在恒星表面發(fā)生的強(qiáng)大的能量和光爆發(fā)。一個(gè)持續(xù)的衰減的磁場也可以幫助估算恒星的年齡。

另一個(gè)更加復(fù)雜的估算方法叫做星震學(xué)，即測量恒星內(nèi)部的震蕩。天文學(xué)家會(huì)在恒星表面研究產(chǎn)生于穿過恒星內(nèi)部的震波，年輕的恒星相對于年老的恒星有著不同的震蕩模式，通過這種方式，天文學(xué)家們估算出太陽的年齡大約是45.8億年。

星震學(xué)的原理（圖源：Wikipedia）

拼湊出行星的年齡

太陽系內(nèi)，放射性元素是確定行星年齡的關(guān)鍵。這種特殊的原子會(huì)在很長的時(shí)間內(nèi)慢慢的衰變。作為自然存在的石頭，放射性元素幫助科學(xué)家們確定很多物品的年齡，從石頭到骨頭和罐子。

運(yùn)用這個(gè)方法，科學(xué)家們可以確定已知最古老的隕石的年齡大約在45.7億年，與太陽的年齡幾乎吻合。在地球上找到的最古老的石頭比較年輕，其年齡在44億年左右。相似的，分析阿波羅任務(wù)帶回來的月壤可知，月球上最古老的巖石可追溯到46億年前。

月球上的隕石坑（圖源：Tomekbudujedomek/Moment via Getty Images）

雖然研究放射性元素是確定行星年齡的一個(gè)很強(qiáng)大的方法，但是它通常要求手頭中有點(diǎn)石頭。一般天文學(xué)家只能研究行星的一張照片。天文學(xué)家一般通過數(shù)隕石坑的方式確定巖石行星的年齡，年老的表面比年輕的表面有著更多的隕石坑。但是，水，風(fēng)，宇宙射線和火山噴發(fā)出的巖漿導(dǎo)致隕石坑被侵蝕，這可以輕易的抹去更早時(shí)期的撞擊坑。

這些方法對于木星之類的氣態(tài)巨行星并不起作用，因?yàn)樗鼈兊墓腆w內(nèi)核被外層的大氣緊緊的包裹住了。但是天文學(xué)家仍然可以通過數(shù)氣態(tài)巨行星衛(wèi)星的撞擊坑數(shù)量，或者研究被它們打散的特定隕石的分布從而確定他們的年齡。這與測量巖石行星的放射性元素含量或者數(shù)撞擊坑的方法是一致的。

根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)的局限性，我們目前還不能直接測量系外行星的年齡。

通過直接成像法發(fā)現(xiàn)的系外行星，可以看到它在望遠(yuǎn)鏡中只是一個(gè)點(diǎn)（圖源：space.com）

這些估計(jì)有多準(zhǔn)確？

我們所在的太陽系就提供了一個(gè)最好的準(zhǔn)確性檢查，因?yàn)樘煳膶W(xué)家可以通過比較來自地球，月球或隕石樣本中放射性元素的含量和通過星震學(xué)得出的太陽的年齡，二者的結(jié)果十分契合。

一般認(rèn)為，像昴星團(tuán)和半人馬座歐米伽星團(tuán)之類的星團(tuán)內(nèi)的恒星是大約在同一時(shí)間產(chǎn)生的，所以這些星團(tuán)中個(gè)別恒星的年齡估計(jì)應(yīng)該相同。在某些恒星的大氣中，天文學(xué)家可以檢測到像鈾之類的放射性元素——一種會(huì)在巖石和土壤中發(fā)現(xiàn)的重元素。這些放射性元素已經(jīng)被其他方法用來推算年齡了。天文學(xué)家認(rèn)為行星的與它們繞轉(zhuǎn)的恒星年齡相近，所以改進(jìn)估算恒星年齡的方法對于研究行星的年齡也有幫助。通過研究一些微妙的線索，我們可以得出圍繞主序星公轉(zhuǎn)的系外行星年齡的一個(gè)大概的范圍。

BY:Adam Burgasser

FY: Chen Li

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