如果没有足够的材料来制造一颗行星会发生什么？

如果你有一大堆乐高积木，那么你可以制作出各种各样的东西。如果你只有少量的乐高积木，那么在用完之前你也许可以组装出一件作品。但是随着你的积木堆不断缩小，到某个时候你将没有足够的乐高积木来制作任何有趣的东西——只有一两块积木可以堆在一起。

行星的形成过程实际上有点像搭建乐高积木。 《天文学杂志》上的一项新研究利用美国宇航局的凌日系外行星勘测卫星 (TESS) 的观测数据，揭示了一个前所未见的极限，即没有足够的合适元素来形成像地球这样的岩石行星。

恒星及其行星由漂浮在太空中的大量气体和尘埃云形成。首先，气体云的核心在重力作用下坍缩形成中心恒星，然后剩余物质聚结成围绕中心运行的行星。这里的关键点是恒星及其行星由相同的物质形成——也就是说，我们在恒星中看到的任何元素混合物都会告诉我们该系统中行星的构成要素。

恒星中金属元素（在天文学术语中指任何比氢和氦更重的元素）的含量被称为金属丰度。堪萨斯大学天文学家乔纳森·布兰德（Jonathan Brande）表示，恒星金属丰度是“我们在对恒星、行星盘和行星进行各种模拟时首先要调整的旋钮之一”，他没有参与这项新研究。

金属丰度还可以告诉我们恒星在宇宙生命周期中的年龄。较重的元素是在恒星核心和最大恒星的灾难性超新星爆炸中形成的，因此制造这些物质需要时间。因此，天文学家预计第一代恒星的金属丰度较低，仅仅是因为“它们诞生时形成的较重元素较少”，布兰德补充道。

正如我们在太阳系中看到的，行星主要由氢和氦以外的元素组成。因此，天文学家长期以来一直认为，金属丰度较低的恒星拥有的行星较少，因为缺乏形成行星的元素构成要素。观察还表明，类似木星的行星“与金属丰度有很强的相关性，这意味着金属丰度越低，形成行星的可能性就越小”，俄亥俄州立大学天文学家、主要作者 Kiersten Boley 解释说。

不过，行星数量减少、金属丰度降低的趋势不可能永远持续下去。在某个时候，宇宙乐高积木会用完，无法再制作任何行星大小的物体。但直到现在，还没有人真正看到过这种“金属丰度悬崖”的证据，即恒星耗尽行星构造材料的临界点。

按照“金属含量越低，行星越少”的逻辑，开普勒等先前的系外行星搜寻望远镜专门瞄准了类似太阳的恒星。这一策略旨在增加发现新行星的机会。因此，许多已知的系外行星都围绕着金属含量与太阳非常相似的恒星运行。

美国宇航局较新的系外行星专用卫星（也是开普勒的继任者）TESS 遵循了不同的计划。“TESS 改变了游戏规则，”博利说。这项任务观察了夜空中所有类型的恒星，向我们展示了银河系不同部分、不同类型恒星周围的系外行星的情况等等。

“基尔斯滕利用 TESS 在 10 万颗金属含量最贫乏的恒星中寻找小行星，”美国宇航局系外行星科学研究所首席科学家、这项研究的合著者杰西·克里斯蒂安森在 X 上解释道。“如果开普勒和 K2 的金属丰度趋势持续到含有约 1/3 太阳重元素的恒星之后，她应该已经发现了 68 颗超级地球。”

“六十八，”克里斯蒂安森强调道。“但她什么也没找到。”

显然，构成要素耗尽的极限是存在的。“与其他类型的行星一样，超级地球对于金属贫乏的恒星来说也很难形成，”博利说。

鉴于第一批恒星几乎没有金属，这些恒星可能根本没有行星。行星“可能在大约 70 亿年后才开始形成，这几乎是银河系寿命的一半，”博利补充道。

这对于我们银河系中生命存在的时间有着有趣的暗示。“我们知道生命在地球形成后的 10 亿年内就出现了，大约在 30 亿至 40 亿年前，”布兰德说。根据 TESS 提供的新信息，这意味着地球上的生命“可能在银河系条件下形成的最早期就形成了”，他补充道。