格利泽229b（褐矮星）
· 描述：首批直接成像的褐矮星之一
· 身份：围绕红矮星格利泽229运行的褐矮星，距离地球约19光年
· 关键事实：其光谱中检测到甲烷吸收线，明确证实了其低温的褐矮星性质，介于行星与恒星之间。
第一篇：19光年的“半成品恒星”——格利泽229b的甲烷密码与宇宙身份之谜
2027年夏夜，夏威夷莫纳克亚山顶的凯克天文台穹顶缓缓开启，32岁的天文学家苏晴裹着厚重的羽绒服，盯着控制室屏幕上跳动的红外光谱曲线。海拔4200米的空气稀薄而清冷，头顶的银河像被打翻的钻石盒，而她的目光死死锁在麒麟座方向——那里有一颗代号格利泽229的红矮星，正用它19光年外的“微光”，讲述着一个关于“失败恒星”的宇宙故事。
“苏姐，你看这个！”实习生阿哲举着平板冲进来，屏幕上是一组哈勃太空望远镜的红外图像，“格利泽229旁边有个‘小不点’，亮度只有主星的万分之一，但光谱里有个奇怪的吸收线——像被剪刀剪断的彩虹！”
苏晴的心脏猛地一跳。那条“被剪断的彩虹”，正是甲烷气体的特征吸收线——在低温天体中，甲烷会吸收特定波长的红外光，在光谱上留下独特的“缺口”。而能让甲烷稳定存在的天体，温度必须低于1300c（比烧红的铁块还凉），这意味着它不可能是恒星（恒星核心温度至少千万度），也不像气态巨行星（如木星，温度虽低却远在太阳系边缘）。
“这或许是褐矮星，”苏晴轻声说，指尖划过屏幕上的坐标，“19光年外的‘半成品恒星’，我们终于看清它的脸了。”
一、从“神秘伴星”到“褐矮星”：30年观测的曲折路
格利泽229b的故事，要从1990年代的一场“身份误会”说起。
1994年，天文学家在搜寻系外行星时，用凯克望远镜首次在格利泽229周围发现了一个“神秘伴星”。当时的观测数据显示：它距离主星约44个天文单位（AU，地球到太阳的距离），质量约为木星的20-50倍，亮度极低，表面温度推测在900c左右。“一开始我们都以为它是颗大行星，”苏晴的导师、65岁的陈教授回忆道，“毕竟它绕红矮星转，质量又比木星大，符合‘超级木星’的特征。”
但后续的红外光谱观测打破了这个假设。1995年，天文学家在它的光谱中检测到强烈的甲烷吸收线——这在行星中极其罕见（木星大气虽有甲烷，但含量低且光谱信号弱），反而常见于低温恒星或棕矮星（当时尚未确认的“中间天体”）。“就像在沙漠里发现了鱼鳞，”陈教授比喻，“甲烷的出现，暗示它要么是个‘冷得反常的恒星’，要么是个‘热得不正常的行星’。”
真正的转折发生在1996年。欧洲南方天文台的甚大望远镜（VLt）用自适应光学技术拍到了它的直接图像——一个模糊的暗红色光斑，与主星格利泽229清晰分离。“直接成像意味着它不是行星（行星通常因太靠近主星而无法直接拍摄），”苏晴指着档案里的老照片，“但它的质量又不足以点燃核心的氢聚变（恒星的‘点火门槛’是木星的80倍）——它卡在了行星和恒星之间的‘灰色地带’。”
这个“灰色地带”的天体，后来被命名为“褐矮星”（brown dwarf），意为“棕色的矮星”（因低温呈暗红色，类似棕色）。格利泽229b作为首批直接成像的褐矮星之一，从此成为天文学界的“明星样本”，而那条甲烷吸收线，就是它“低温身份”的铁证。
二、甲烷的“宇宙指纹”：低温世界的无声宣言
苏晴团队2027年的观测，正是为了验证这条“甲烷指纹”的秘密。他们用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JwSt）的近红外光谱仪，对格利泽229b进行了长达72小时的连续扫描，获得了比1995年清晰100倍的光谱数据。
“你看这个吸收峰，”苏晴在组会上放大光谱图，“波长3.3微米处的凹陷，深度是木星的5倍——这说明它大气中的甲烷浓度至少是木星的5倍！”阿哲凑近屏幕，光谱曲线像一条起伏的山脉，3.3微米处的“山谷”格外深邃，“这么高的甲烷含量，只有在温度低于1000c的环境中才能稳定存在，就像冬天的湖面结冰，甲烷分子‘冻’在了大气里。”
为了更直观，团队用计算机模拟了格利泽229b的大气成分：75%氢、24%氦、1%甲烷，还有微量水蒸气和氨。这个配方与木星相似，但甲烷比例高出太多——木星因距离太阳近（5.2 AU），大气温度较高（约-145c），甲烷难以大量聚集；而格利泽229b距离主星44 AU（比海王星到太阳还远），接收到的热量极少，表面温度仅约950c（比炼钢炉的火焰还凉），甲烷得以“安居乐业”。
“甲烷就像它的‘身份证’，”苏晴对公众科普时说，“如果看到光谱里有这条‘甲烷线’，基本就能断定：这是个低温的‘半成品恒星’，或者叫褐矮星。”
三、“失败的恒星”：宇宙里的“没点燃的炉子”
为什么格利泽229b没能成为恒星？答案藏在“质量”这个关键词里。
恒星的“点火”需要核心温度达到1000万c，这需要足够的质量产生的引力挤压——至少要达到木星的80倍（约0.08倍太阳质量）。格利泽229b的质量约40倍木星（0.038倍太阳质量），距离“点火门槛”差了一半。“就像你试图用打火机点燃湿木头，”陈教授打比方，“燃料（氢）够，但压力（质量）不足，火苗刚冒头就灭了。”
这种“没点燃的炉子”，在宇宙中并不罕见。天文学家估计，银河系中褐矮星的数量可能是恒星的2倍——它们像散落的“宇宙半成品”，在星际空间里默默冷却。格利泽229b的特殊之处在于，它是人类最早“看清”的褐矮星之一，让我们得以研究这类“失败恒星”的真实面貌。
“它像个没长大的太阳宝宝，”苏晴在日记里写，“出生时攒了足够的氢，却因为体重太轻，永远点不着核心的‘氢聚变反应堆’。于是它只能慢慢冷却，像一块烧红的煤，从暗红色变成深褐色，最后变成冰冷的‘宇宙石头’。”
这种“冷却过程”留下了清晰的观测证据。格利泽229b的表面温度比1995年首次观测时降低了50c——它仍在以每秒万亿焦耳的速度向外辐射热量，逐渐走向“死亡”（褐矮星的最终归宿是冰冷的黑矮星，但目前宇宙年龄还不够长，尚未出现）。
四、19光年的“邻居”：格利泽229家族的日常
格利泽229b并非孤独的“半成品”，它有一个“红矮星妈妈”——格利泽229。这颗m型红矮星质量仅为太阳的0.45倍，表面温度3200c，亮度不到太阳的1%，是宇宙中最常见的恒星类型（占银河系恒星总数的70%）。
“这对‘母子’的关系很特别，”苏晴展示轨道模拟图，“格利泽229b绕主星公转一周需要230年，轨道偏心率0.1（接近圆形），就像地球绕太阳转，但距离远得多（44 AU vs 1 AU）。”这种稳定的轨道，让格利泽229b避免了被主星“吞噬”的命运（许多近距离褐矮星会因潮汐力被恒星撕碎）。
观测中还有一个有趣的发现：格利泽229b的自转周期约10小时，比木星（10小时）还快，却比大多数褐矮星（15-20小时）快。“它可能在形成初期经历过剧烈的‘收缩’，”阿哲分析，“就像滑冰运动员收紧手臂转得更快，质量向核心集中时，自转也会加速。”
这种快速自转让它的形状略显扁平（赤道比两极宽5%），大气中还可能出现“云带”——类似木星的彩色条纹，但由硫化物颗粒而非氨冰组成。“如果有一天我们能派飞船去，会看到一个暗红色的球体，表面飘着灰黑色的云带，偶尔有甲烷风暴呼啸而过，”苏晴想象着，“那里没有阳光（主星的光芒比满月还弱），却有自己的‘天气系统’。”
五、“宇宙桥梁”的意义：连接行星与恒星的纽带
格利泽229b为何让天文学家如此着迷？因为它是连接行星与恒星的“活化石”。
“以前我们认为行星和恒星是两个完全不同的世界，”陈教授在学术会议上说，“但褐矮星告诉我们：宇宙中存在一个连续的‘质量谱系’——从最小的行星（如地球），到气态巨行星（木星），再到褐矮星（格利泽229b），最后是恒星（太阳）。它们之间的界限并非泾渭分明，而是渐变的。”
这种“桥梁”意义在寻找系外生命时尤为重要。如果褐矮星周围能形成行星（理论上是可能的），那么这些行星可能处于“宜居带”（距离褐矮星不远不近，温度适宜液态水存在），成为生命的潜在家园。“格利泽229b的低温大气或许不适合生命，但它证明了‘中间天体’也能拥有自己的‘小世界’，”苏晴望着麒麟座的方向，“宇宙的生命剧本，可能比我们想象的更丰富。”
此刻，莫纳克亚山的星空格外澄澈。苏晴知道，19光年外的格利泽229b仍在旋转：红矮星妈妈散发着微弱的光芒，褐矮星“孩子”拖着甲烷大气的“斗篷”，在冰冷的轨道上默默冷却。它的光谱里，那条甲烷吸收线像一句无声的宣言：“我虽未成为恒星，却以自己的方式，照亮了宇宙的‘灰色地带’。”
山风掠过观测站的栏杆，吹动着桌上的光谱图。最新一页写着：“格利泽229b，麒麟座的‘半成品恒星’。它用甲烷指纹证明低温，用失败的点火诉说宇宙的质量法则——在行星与恒星之间，还有无数个‘未完成的故事’，等待我们去阅读。”
第二篇：19光年的“甲烷云图”——格利泽229b的大气剧场与宇宙身份再探
2030年深秋，夏威夷莫纳克亚山的夜空格外通透。苏晴裹着加厚的防风外套，站在凯克天文台新落成的“下一代自适应光学系统”（Naco）控制室里，指尖在全息操作界面上滑动。屏幕上，格利泽229b的红外图像正以0.01角秒的分辨率实时刷新——这是人类首次看清这颗19光年外“半成品恒星”的“脸”：暗红色球体表面，几缕灰黑色的云带像宇宙毛笔挥就的草书，在甲烷大气的“画布”上缓缓流动。“它‘活’了！”实习生小林突然喊出声，“你看这个云带，比三年前宽了30%！”
苏晴的呼吸一滞。三年前，她用韦伯望远镜确认了格利泽229b的甲烷“身份证”；如今，这颗褐矮星的大气剧场正上演着更精彩的“剧目”——云层变幻、风暴涌动、甚至可能有未知分子在“幕后”悄然登场。19光年的距离，让这场“宇宙戏剧”的每个细节，都成为改写“行星-恒星桥梁”认知的关键线索。
一、韦伯的“分子探针”：甲烷之外的“隐形观众”
格利泽229b的大气成分，远比第1篇幅揭示的更复杂。2027年，苏晴团队用韦伯望远镜的近红外光谱仪（NIRSpec）捕捉到甲烷吸收线；2030年，他们升级了观测方案，用中红外仪器（mIRI）扫描更宽波段，意外发现了两条新的“光谱指纹”：波长5.3微米的凹陷（水蒸气吸收）和6.1微米的凸起（氨分子发射线）。
“这像在沙漠里不仅找到了鱼鳞，还发现了贝壳和海藻，”苏晴在组会上展示光谱图，“水蒸气和氨的存在，说明它的大气层有‘分层结构’——就像地球的 troposphere（对流层）和 stratosphere（平流层），不同高度有不同的‘天气’。”
团队用计算机模拟还原了这个“分层剧场”：
下层大气（0-10公里）：温度约900c，由氢、氦、甲烷混合而成，云带由硫化物颗粒（如硫化铵）组成，像宇宙版的“灰色”，随气流缓慢漂移；
中层大气（10-50公里）：温度降至700c，水分子凝结成冰晶云，反射主星微光，形成“甲烷-水混合云”；
上层大气（50公里以上）：温度回升至800c（因恒星紫外线加热），氨分子被激发，发出6.1微米的红外光，像给云层镶了道“荧光边”。
“以前以为褐矮星大气是‘一锅粥’，”小林指着模拟动画，“现在发现是‘千层糕’——每层都有自己的‘厨师’（物理化学过程）。”这个发现颠覆了“褐矮星大气均一”的传统认知，证明即使是“失败恒星”，也能拥有比木星更复杂的“气象系统”。
二、“云带华尔兹”：大气风暴的宇宙尺度
格利泽229b的云带并非静止的装饰，而是在上演一场持续百年的“华尔兹”。2030年，苏晴团队用ALmA射电望远镜观测到云带移动的“速度差”：赤道云带以每秒200米的速度向东漂移（比地球台风还快），两极云带则以每秒50米向西移动，形成“剪刀式”交叉。
“这是‘纬向环流’的典型特征，”苏晴解释，“就像地球的哈德利环流（赤道热空气上升、两极冷空气下沉），但规模大1000倍。”模拟动画显示，赤道区域因接收主星微光更多（虽只有太阳光的万分之一），热空气上升形成低压，吸引两极冷空气南下，带动云带“跳舞”。
更惊人的是“风暴眼”的发现。ALmA图像中，赤道云带边缘有个直径约2000公里的“暗斑”——亮度比周围低40%，像木星大红斑的“迷你版”。“这是甲烷风暴的‘风眼’，”小林分析，“风速可能达每秒500米（超音速飞机速度的2倍），能把硫化物颗粒卷到高层大气，形成‘蘑菇云’状的尘埃柱。”
为了验证这个猜想，团队调用了欧洲南方天文台（ESo）的甚大望远镜（VLt）偏振数据：风暴区域的偏振方向与云带整体相反，说明有垂直上升的高速气流。“就像用筷子搅动奶茶，漩涡中心的液体向上涌，”苏晴比喻，“格利泽229b的风暴，是宇宙尺度的‘大气对流实验’。”
三、“身份迷思”再起：它是行星还是恒星？
尽管格利泽229b被归类为褐矮星，但2030年的新观测却让它的“身份”再次模糊——它的大气行为太像气态巨行星了。
第1篇幅提到，它的质量（40倍木星）接近恒星“点火门槛”（80倍木星），但新数据显示：它的核心温度仅500万c（恒星核心需1000万c以上），氢聚变反应“半死不活”，像快要熄灭的炉火。“它像个‘兼职恒星’，”苏晴的导师陈教授摇头，“偶尔烧一点氢，大部分时间靠引力收缩放热，更像行星的‘内热’而非恒星的‘核火’。”
更关键的争议来自“形成机制”。传统理论认为，褐矮星由星际云的“引力坍缩”形成（类似恒星），但格利泽229b的轨道偏心率极低（0.1，接近圆形），且距离主星44 AU（比冥王星还远），更符合“行星形成理论”中的“核吸积模型”（尘埃颗粒碰撞聚集成行星胚胎，再吸积气体）。“它可能是被‘踢’出原行星盘的行星胚胎，后来被红矮星捕获，”小林提出新假说，“就像宇宙里的‘流浪行星’，只不过它太重，成了褐矮星。”
这个假说让团队陷入激烈争论。反对者认为：它的质量远超行星上限（13倍木星），且直接成像证明其绕恒星运行（非流浪），不可能是“被捕获的行星”；支持者则指出：褐矮星与行星的质量界限本就模糊（13-80倍木星之间被称为“亚褐矮星”），格利泽229b正处于“灰色地带”的中间值。“或许‘行星’和‘褐矮星’的区别，不在于质量，而在于‘怎么出生的’，”苏晴在日记里写，“就像双胞胎，一个顺产（恒星坍缩），一个剖腹产（核吸积），但长得一模一样。”
四、“守星人”的新工具：从光谱到“大气ct”
研究格利泽229b的六年，苏晴团队见证了观测技术的飞跃。2030年，他们用“甚大望远镜干涉仪”（VLtI）将4台8.2米望远镜的光线合成，等效口径达130米，分辨率堪比哈勃望远镜看月球上的蚂蚁——首次“看清”了云带中的“细胞结构”：直径约100公里的“云元”，像宇宙棋盘上的格子，随气流分裂、合并。
“这像给褐矮星做‘ct扫描’，”小林兴奋地说，“以前看光谱是‘验血’，现在看干涉图像是‘拍x光’，连‘骨骼’（内部结构）都能猜个大概。”VLtI数据显示，格利泽229b的半径约0.9倍木星（比理论值大10%），暗示其内部可能有“幔层”——由高压冰（如水冰、甲烷冰）组成的过渡层，类似天王星的内部结构。“如果真是这样，它就不是‘气态球’，而是‘冰包气’的复合体，”陈教授推测，“比木星更像‘宇宙冰球’。”
公众对“冰球假说”的热情远超预期。苏晴在科普账号“宇宙半成品”发布动画：格利泽229b内部，氢氦“大气海洋”下是甲烷冰“地壳”，再往下是高压冰“地幔”，核心可能是岩石“地核”。“有小朋友问：‘它能滑冰吗？’”苏晴笑着回忆，“我告诉他：‘那里的冰比钢铁还硬，滑上去会硌掉冰刀！’”
五、未解之谜：磁场与“隐形斗篷”
尽管观测深入，格利泽229b仍有两大谜团让苏晴夜不能寐。
谜团一：磁场从何而来？
褐矮星的磁场通常较弱（比木星强10倍左右），但2030年xmm-牛顿卫星的x射线观测显示，格利泽229b的x射线辐射强度是木星的50倍，暗示其磁场可能比预期强。“它没有像恒星那样的对流核（氢聚变驱动），磁场从哪来？”小林困惑，“难道是内部的‘冰幔对流’？”
谜团二：大气逃逸之谜
哈勃望远镜的长期监测发现，格利泽229b的高层大气（上层1000公里）正以每秒10吨的速度流失，形成微弱的“氢云尾”。“按理说，它质量太小（40倍木星），引力束缚弱，大气早该跑光了，”苏晴指着逃逸速率曲线，“但现在跑了100亿年还在漏，像个‘漏勺’却永远装不满——一定有某种机制在‘补漏’。”
团队提出了“磁场护盾”假说：磁场像隐形的斗篷，偏转了恒星风（红矮星喷发的带电粒子），减少了大气剥离。“就像地球磁场挡住太阳风，保住大气层，”小林补充，“格利泽229b的磁场可能比我们想的更复杂，既有‘偶极场’（条形磁铁），又有‘多极场’（多个小磁铁），形成‘迷宫’一样的防护网。”
六、公众的“宇宙课堂”：从“半成品”到“生命可能”
格利泽229b的故事，早已走出实验室，成了公众理解“宇宙多样性”的窗口。2030年，上海天文馆举办“褐矮星特展”，用全息投影还原了它的“大气剧场”：观众能“走进”云带，感受甲烷风暴的呼啸；能“触摸”冰幔，体验高压下的“宇宙冰”；还能在“身份选择”互动区，投票认为它是“失败恒星”还是“超级行星”。
“有个高中生问我：‘它上面会有生命吗？’”苏晴在展览现场回忆，“我说：‘大气太冷（950c），甲烷有毒，但如果有颗卫星绕着它转，卫星表面可能有液态甲烷湖泊——像土卫六，或许能孕育‘甲烷生命’。’”这个回答引发热议，网友纷纷创作“格利泽229b卫星生命幻想图”，有的画着甲烷湖里的“气泡生物”，有的设计了“硫化物森林”。
公众对“宇宙生命”的想象，让苏晴意识到科学传播的深层意义：“格利泽229b不是‘失败品’，而是宇宙‘多样性’的证明——就像森林里有乔木、灌木、苔藓，宇宙里也有恒星、行星、褐矮星，各有各的精彩。”
此刻，莫纳克亚山的星光洒进控制室。苏晴望着屏幕上格利泽229b的云带图像，那个暗红色的球体仿佛有了生命：云带在跳华尔兹，风暴在卷蘑菇云，磁场在织隐形斗篷。19光年的距离，让这颗“半成品恒星”成为人类的“宇宙邻居”，而它的每一个“异常”，都在提醒我们：宇宙从不按“教科书”出牌，最精彩的发现，永远在“已知”与“未知”的边界上。
山风掠过望远镜穹顶，吹动着桌上的光谱图。最新一页写着：“格利泽229b，麒麟座的‘甲烷云画家’。它用云带作画，用风暴谱曲，用未解之谜邀请人类继续探索——在行星与恒星之间，宇宙藏着无数个‘未完成的故事’，而我们，是永远的读者。”
说明
资料来源：本文基于美国国家航空航天局（NASA）詹姆斯·韦伯太空望远镜（JwSt）中红外仪器（mIRI）、欧洲南方天文台（ESo）甚大望远镜干涉仪（VLtI）、阿塔卡马大型毫米波\/亚毫米波阵列（ALmA）、xmm-牛顿卫星对格利泽229b的观测数据（2028-2030年）。参考《自然·天文学》（Nature Astronomy）2030年《格利泽229b大气分层与云带动力学》、2031年《褐矮星磁场与大气逃逸关联研究》，以及凯克天文台“褐矮星大气剧场”项目系列报告（如《VLtI干涉成像与云元结构分析》《x射线辐射与磁场模型验证》）。结合科普着作《褐矮星：宇宙的半成品》《行星与恒星的灰色地带》中的通俗化案例整合而成。
语术解释：
褐矮星：质量介于行星（13倍木星以下）与恒星（80倍木星以上）之间的“半成品恒星”，因质量不足无法持续氢聚变，靠引力收缩放热，表面温度低（通常低于1300c），常见甲烷吸收线。
甲烷吸收线：甲烷气体在特定红外波长（如3.3微米）吸收光形成的光谱凹陷，是低温天体（如褐矮星、气态巨行星）的标志性特征。
自适应光学系统：通过实时校正大气湍流对星光的扭曲，提高望远镜分辨率的技术（如凯克Naco系统）。
纬向环流：大气中沿纬度方向的大规模气流运动（如地球哈德利环流），格利泽229b的云带漂移即为此现象。
大气逃逸：恒星或褐矮星高层大气因恒星风、热运动等原因流失到星际空间的过程，格利泽229b的氢云尾即为证据。
核吸积模型：行星形成的理论之一，认为行星由尘埃颗粒碰撞聚集成胚胎，再吸积气体形成（区别于恒星的“引力坍缩模型”）。