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為什么太陽(yáng)系里「最多」有八顆行星?*

 飄影23號(hào) 2019-09-14
為什么太陽(yáng)系里「最多」有八顆行星?

關(guān)于誰(shuí)能成為行星,誰(shuí)不能,一開(kāi)始存在很大的爭(zhēng)議。每個(gè)人都有自己的科學(xué)理解,每個(gè)人都有自己喜歡的命名方案,如果把太陽(yáng)系放在所有恒星系統(tǒng)的背景下去考慮,如果科學(xué)告訴我們關(guān)于太陽(yáng)系與其他恒星系統(tǒng)的共同之處,我們就能很好的理解目前人類(lèi)是如何定義行星的,我們今天就從恒星團(tuán)橢圓星云恒星系統(tǒng)的形成,尋找恒星系統(tǒng)的共同特點(diǎn),了解一下為什么我們的太陽(yáng)系目前只有8顆行星。

45億年前太陽(yáng)誕生在銀河系一個(gè)古老的恒星形成區(qū)域

從宏觀上看,所有的恒星系統(tǒng)都是緊密相連的,沒(méi)有一顆恒星是在真正孤立的狀態(tài)下誕生的。大型分子云復(fù)合體可以存在數(shù)十億年,但氣體云最終會(huì)在引力下坍縮。此時(shí)會(huì)同時(shí)形成大量的恒星,在一個(gè)星系團(tuán)中可能有幾千萬(wàn)顆恒星!雖然這些恒星大小和質(zhì)量各不相同,但它們有許多相似的特性,包括彼此間大致相同的元素比例。

為什么太陽(yáng)系里「最多」有八顆行星?

恒星群

但是除了質(zhì)量最大的球狀星團(tuán)外,其他大的恒星群不會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。

為什么太陽(yáng)系里「最多」有八顆行星?

上圖中距我們只有151光年畢宿星團(tuán),也是離我們最近的恒星團(tuán),正處于分裂階段,在這個(gè)過(guò)程中,恒星與銀河系星盤(pán)的各個(gè)部分不斷發(fā)生著引力作用,推動(dòng)著恒星團(tuán)中各個(gè)恒星彼此分離。我們的太陽(yáng)本身,曾經(jīng)很可能是類(lèi)似數(shù)千顆恒星團(tuán)的一部分,大約45億年前屬于太陽(yáng)的恒星團(tuán)誕生在銀河系一個(gè)古老的恒星區(qū)域!

但是當(dāng)恒星團(tuán)形成時(shí),恒星并不是唯一的產(chǎn)物,太陽(yáng)系的誕生和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

為什么太陽(yáng)系里「最多」有八顆行星?

據(jù)我們所知(上圖),最初形成恒星的星云,一開(kāi)始是一個(gè)三軸橢球體,隨后經(jīng)歷引力坍縮,在中心區(qū)域附近形成一顆(或多顆)恒星。隨著引力的繼續(xù)作用,橢球體星云在三個(gè)方向都會(huì)收縮,最短的軸收縮得最快,最終形成“扁平狀星云”,這意味著橢球體星云最終會(huì)在原恒星周?chē)纬梢粋€(gè)原行星盤(pán)。

整個(gè)復(fù)合體以一定的角動(dòng)量旋轉(zhuǎn),而原行星盤(pán)本身通常會(huì)持續(xù)存在幾百萬(wàn)年。

為什么太陽(yáng)系里「最多」有八顆行星?

在這段時(shí)間里,行星盤(pán)中發(fā)生著生死存亡和行星位置排序的激烈競(jìng)爭(zhēng)。

  • 年輕的恒星發(fā)出耀眼的光芒,并向外釋放出強(qiáng)烈的輻射和帶電粒子,恒星不僅產(chǎn)生了向內(nèi)的引力,還產(chǎn)生了向外輻射的恒星風(fēng)。

  • 微小的引力擾動(dòng)或行星盤(pán)的不穩(wěn)定性促使了物質(zhì)之間在引力的作用下,質(zhì)量的快速積累。

  • 密度更大的物體(或質(zhì)量與表面面積比,更大的物體)相對(duì)較少受到恒星風(fēng)的影響,但同時(shí)它們更容易受到物質(zhì)的阻力(和質(zhì)量累積)的影響。

所有這一切的最終結(jié)果是,密度較大的天體傾向于向行星盤(pán)內(nèi)部移動(dòng),年輕的恒星系統(tǒng)開(kāi)始表現(xiàn)出一種類(lèi)似于“凈浮力”的現(xiàn)象,密度較大的天體(和物質(zhì))向內(nèi)沉積,迫使密度較小的天體進(jìn)入行星盤(pán)的外圍。

為什么太陽(yáng)系里「最多」有八顆行星?

這一系列的操作聽(tīng)起來(lái)如此的獨(dú)特,但歸根結(jié)底,這都只是簡(jiǎn)單的物理現(xiàn)象,而這些都是在我們已知的物理定律下不可避免的結(jié)果

除了萬(wàn)有引力的作用,在恒星周?chē)€有一個(gè)巨大的溫度梯度,在這個(gè)溫度梯度中,離恒星非常近的物體被稱(chēng)為在煙炱線內(nèi)。在這個(gè)區(qū)域,任何復(fù)雜分子(如多環(huán)芳烴)都會(huì)被光解,這意味著太陽(yáng)輻射會(huì)將復(fù)雜分子分裂成更簡(jiǎn)單的分子。此外,超過(guò)某一點(diǎn)的物體,在恒星的冰凍線外,水將以固態(tài)冰的形式存在。地球正好位于太陽(yáng)系兩條線之間的適宜居住的區(qū)域成為宜居帶,這一點(diǎn)其實(shí)并不奇怪,地球不在肯定會(huì)有其他行星在!

為什么太陽(yáng)系里「最多」有八顆行星?

所以,考慮以上所有觀點(diǎn),一個(gè)典型的恒星系統(tǒng),一旦形成之后會(huì)是什么樣子?

冰凍線內(nèi),可能會(huì)有巖石行星、氣態(tài)巨行星和衛(wèi)星,從恒星中心向外,組成行星的物質(zhì)密度會(huì)逐漸降低。除此之外,通常還會(huì)有一條在冰凍線上聚集的冰凍小行星帶,就像太陽(yáng)系位于火星和木星之間的小行星帶。

冰凍線之外,行星通常只會(huì)是膨脹的氣體巨行星(小海王星也算),它們可以清理自己軌道的物體,并以我們所知的行星的形式存在(呈現(xiàn)流體靜力平衡的類(lèi)似球形的形狀),最后將會(huì)有一個(gè)分散的圓盤(pán)和一個(gè)由冰凍的小行星組成的巨大球狀云,所有這些物體都比內(nèi)部的巖石行星密度要低得多。

為什么太陽(yáng)系里「最多」有八顆行星?

對(duì)我們太陽(yáng)系中行星密度的測(cè)量證實(shí)了以上的觀點(diǎn),對(duì)一些系外行星系統(tǒng)的首次觀測(cè)也證實(shí)了這一觀點(diǎn)。

所以幾乎每個(gè)恒星系統(tǒng)都是這樣的:一個(gè)恒星系統(tǒng)冰凍線的內(nèi)部世界可以是巖石行星和氣態(tài)巨行星的混合體,冰凍線上存在巖石和冰凍小行星(一些密度更大的小行星,它們的大部分冰都蒸發(fā)掉了),冰凍線的外部只有氣態(tài)巨行星,這些氣態(tài)巨行星之外的大部分世界都是由分散的圓盤(pán)和球狀氣體云以及小行星組成的。

為什么太陽(yáng)系里「最多」有八顆行星?

那么,把一個(gè)天體視為太陽(yáng)系中的一顆行星,或者從我們的總體經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,意味著這些天體需要滿(mǎn)足什么條件?

這意味著,圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)并且處于流體靜力平衡狀態(tài)的行星和所有其他小行星或矮行星之間存在著根本性的區(qū)別,行星的自身引力必須足以克服其剛體力而使天體呈圓球狀,意思就是要達(dá)到一定的質(zhì)量,而且它們必須具有清除了軌道上的其他物體的能力,這個(gè)規(guī)定主要是針對(duì)冰凍線之外的天體。

因?yàn)樵诒鶅鍪澜纾ū鶅鼍€線上的冰巖世界,以及冰凍線之外的大部分的區(qū)域,近似球形的物體都是普遍存在的,而且超級(jí)普遍。

為什么太陽(yáng)系里「最多」有八顆行星?

如果我們只看冰霜線內(nèi)的行星(巖石行星和氣態(tài)巨行星),我們就只有四顆行星。如果我們把冰凍線外的氣態(tài)巨行星加進(jìn)去,我們會(huì)有四個(gè),總共八個(gè)。如果我們決定把所有處于流體靜力平衡狀態(tài)的行星都加進(jìn)去,我們估計(jì)會(huì)有大約200顆行星。如果我們把離我們最近的恒星之間的流亡行星加進(jìn)去,我們甚至可能會(huì)有成千上萬(wàn)個(gè)行星!

水星,金星,地球和火星并不僅僅因?yàn)樗鼈兪乔蝮w而特別;它們的特殊之處在于它們所處的位置以及它們的形成歷史!它們的特殊之處在于它們的密度、溫度、大氣和位置。

為什么太陽(yáng)系里「最多」有八顆行星?

最大的小行星和柯伊伯帶天體,以及木星、土星和海王星的巨型衛(wèi)星每一個(gè)天體都很特別,但它們的運(yùn)行方式和形態(tài)與真正的行星不同。以上的一些原因正是冥王星在2006年從行星地位“降級(jí)”的主要因素。

為什么太陽(yáng)系里「最多」有八顆行星?

太陽(yáng)系目前的八顆行星相對(duì)于其他天體都很特殊,所有的氣態(tài)巨行星和巖石行星,都以完全相同的方式清理了自己軌道的物體。小行星、柯伊伯帶天體和奧爾特云天體可能也有其獨(dú)特之處,但它們與我們目前所稱(chēng)的行星截然不同。

這就是為什么太陽(yáng)系目前只有8顆行星,其實(shí)只是一個(gè)我們?nèi)祟?lèi)歸類(lèi)的名稱(chēng)而已!

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