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

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

亞當·伯加瑟是加州大學圣地亞哥分校的天文學和天體物理專業的教授，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家

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

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化。

因此確定恒星或者行星的年齡就像去猜一個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

幸運的是，隨著時間的推移，恒星的光度和顏色都會慢慢的改變。利用很精確的儀器，天文學家可以通過測光數據與數學模型的預測進行對比，從而預測恒星變老之后會發生什么，進而估算出年齡。

恒星不只發光，它們還自轉。隨著時間的推移，它們的自轉速度會下降，就像一個旋轉的輪子在遇到摩擦力后會慢慢的減速。通過比較不同年齡段的恒星的自轉速度，天文學家可以建立一個描述自轉速度和年齡的數學關系，這種方式被稱為回轉年代學。

研究人員估計太陽的年齡是45.8億年。（圖源：NASA）

恒星的自轉同時也會產生一個很強的磁場和磁活動，例如恒星耀斑——在恒星表面發生的強大的能量和光爆發。一個持續的衰減的磁場也可以幫助估算恒星的年齡。

另一個更加復雜的估算方法叫做星震學，即測量恒星內部的震蕩。天文學家會在恒星表面研究產生于穿過恒星內部的震波，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，天文學家們估算出太陽的年齡大約是45.8億年。

星震學的原理（圖源：Wikipedia）

拼湊出行星的年齡

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

運用這個方法，科學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很強大的方法，但是它通常要求手頭中有點石頭。一般天文學家只能研究行星的一張照片。天文學家一般通過數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，宇宙射線和火山噴發出的巖漿導致隕石坑被侵蝕，這可以輕易的抹去更早時期的撞擊坑。

這些方法對于木星之類的氣態巨行星并不起作用，因為它們的固體內核被外層的大氣緊緊的包裹住了。但是天文學家仍然可以通過數氣態巨行星衛星的撞擊坑數量，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撞擊坑的方法是一致的。

根據現有的技術的局限性，我們目前還不能直接測量系外行星的年齡。

通過直接成像法發現的系外行星，可以看到它在望遠鏡中只是一個點（圖源：space.com）

這些估計有多準確？

我們所在的太陽系就提供了一個最好的準確性檢查，因為天文學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得出的太陽的年齡，二者的結果十分契合。

一般認為，像昴星團和半人馬座歐米伽星團之類的星團內的恒星是大約在同一時間產生的，所以這些星團中個別恒星的年齡估計應該相同。在某些恒星的大氣中，天文學家可以檢測到像*之類的放射性元素——一種會在巖石和土壤中發現的重元素。這些放射性元素已經被其他方法用來推算年齡了。天文學家認為行星的與它們繞轉的恒星年齡相近，所以改進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的系外行星年齡的一個大概的范圍。

BY:Adam Burgasser

FY: Chen Li