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为什么太阳系里「最多」有八颗行星?*

 飘影23号 2019-09-14
为什么太阳系里「最多」有八颗行星?

关于谁能成为行星,谁不能,一开始存在很大的争议。每个人都有自己的科学理解,每个人都有自己喜欢的命名方案,如果把太阳系放在所有恒星系统的背景下去考虑,如果科学告诉我们关于太阳系与其他恒星系统的共同之处,我们就能很好的理解目前人类是如何定义行星的,我们今天就从恒星团椭圆星云恒星系统的形成,寻找恒星系统的共同特点,了解一下为什么我们的太阳系目前只有8颗行星。

45亿年前太阳诞生在银河系一个古老的恒星形成区域

从宏观上看,所有的恒星系统都是紧密相连的,没有一颗恒星是在真正孤立的状态下诞生的。大型分子云复合体可以存在数十亿年,但气体云最终会在引力下坍缩。此时会同时形成大量的恒星,在一个星系团中可能有几千万颗恒星!虽然这些恒星大小和质量各不相同,但它们有许多相似的特性,包括彼此间大致相同的元素比例

为什么太阳系里「最多」有八颗行星?

恒星群

但是除了质量最大的球状星团外,其他大的恒星群不会持续很长时间。

为什么太阳系里「最多」有八颗行星?

上图中距我们只有151光年毕宿星团,也是离我们最近的恒星团,正处于分裂阶段,在这个过程中,恒星与银河系星盘的各个部分不断发生着引力作用,推动着恒星团中各个恒星彼此分离。我们的太阳本身,曾经很可能是类似数千颗恒星团的一部分,大约45亿年前属于太阳的恒星团诞生在银河系一个古老的恒星区域!

但是当恒星团形成时,恒星并不是唯一的产物,太阳系的诞生和结构特点

为什么太阳系里「最多」有八颗行星?

据我们所知(上图),最初形成恒星的星云,一开始是一个三轴椭球体,随后经历引力坍缩,在中心区域附近形成一颗(或多颗)恒星。随着引力的继续作用,椭球体星云在三个方向都会收缩,最短的轴收缩得最快,最终形成“扁平状星云”,这意味着椭球体星云最终会在原恒星周围形成一个原行星盘

整个复合体以一定的角动量旋转,而原行星盘本身通常会持续存在几百万年。

为什么太阳系里「最多」有八颗行星?

在这段时间里,行星盘中发生着生死存亡和行星位置排序的激烈竞争。

  • 年轻的恒星发出耀眼的光芒,并向外释放出强烈的辐射和带电粒子,恒星不仅产生了向内的引力,还产生了向外辐射的恒星风。

  • 微小的引力扰动或行星盘的不稳定性促使了物质之间在引力的作用下,质量的快速积累。

  • 密度更大的物体(或质量与表面面积比,更大的物体)相对较少受到恒星风的影响,但同时它们更容易受到物质的阻力(和质量累积)的影响。

所有这一切的最终结果是,密度较大的天体倾向于向行星盘内部移动,年轻的恒星系统开始表现出一种类似于“净浮力”的现象,密度较大的天体(和物质)向内沉积,迫使密度较小的天体进入行星盘的外围。

为什么太阳系里「最多」有八颗行星?

这一系列的操作听起来如此的独特,但归根结底,这都只是简单的物理现象,而这些都是在我们已知的物理定律下不可避免的结果

除了万有引力的作用,在恒星周围还有一个巨大的温度梯度,在这个温度梯度中,离恒星非常近的物体被称为在烟炱线内。在这个区域,任何复杂分子(如多环芳烃)都会被光解,这意味着太阳辐射会将复杂分子分裂成更简单的分子。此外,超过某一点的物体,在恒星的冰冻线外,水将以固态冰的形式存在。地球正好位于太阳系两条线之间的适宜居住的区域成为宜居带,这一点其实并不奇怪,地球不在肯定会有其他行星在!

为什么太阳系里「最多」有八颗行星?

所以,考虑以上所有观点,一个典型的恒星系统,一旦形成之后会是什么样子?

冰冻线内,可能会有岩石行星、气态巨行星和卫星,从恒星中心向外,组成行星的物质密度会逐渐降低。除此之外,通常还会有一条在冰冻线上聚集的冰冻小行星带,就像太阳系位于火星和木星之间的小行星带。

冰冻线之外,行星通常只会是膨胀的气体巨行星(小海王星也算),它们可以清理自己轨道的物体,并以我们所知的行星的形式存在(呈现流体静力平衡的类似球形的形状),最后将会有一个分散的圆盘和一个由冰冻的小行星组成的巨大球状云,所有这些物体都比内部的岩石行星密度要低得多。

为什么太阳系里「最多」有八颗行星?

对我们太阳系中行星密度的测量证实了以上的观点,对一些系外行星系统的首次观测也证实了这一观点。

所以几乎每个恒星系统都是这样的:一个恒星系统冰冻线的内部世界可以是岩石行星和气态巨行星的混合体,冰冻线上存在岩石和冰冻小行星(一些密度更大的小行星,它们的大部分冰都蒸发掉了),冰冻线的外部只有气态巨行星,这些气态巨行星之外的大部分世界都是由分散的圆盘和球状气体云以及小行星组成的。

为什么太阳系里「最多」有八颗行星?

那么,把一个天体视为太阳系中的一颗行星,或者从我们的总体经验来看,意味着这些天体需要满足什么条件?

这意味着,围绕太阳公转并且处于流体静力平衡状态的行星和所有其他小行星或矮行星之间存在着根本性的区别,行星的自身引力必须足以克服其刚体力而使天体呈圆球状,意思就是要达到一定的质量,而且它们必须具有清除了轨道上的其他物体的能力,这个规定主要是针对冰冻线之外的天体。

因为在冰冻世界,包括冰冻线线上的冰岩世界,以及冰冻线之外的大部分的区域,近似球形的物体都是普遍存在的,而且超级普遍。

为什么太阳系里「最多」有八颗行星?

如果我们只看冰霜线内的行星(岩石行星和气态巨行星),我们就只有四颗行星。如果我们把冰冻线外的气态巨行星加进去,我们会有四个,总共八个。如果我们决定把所有处于流体静力平衡状态的行星都加进去,我们估计会有大约200颗行星。如果我们把离我们最近的恒星之间的流亡行星加进去,我们甚至可能会有成千上万个行星!

水星,金星,地球和火星并不仅仅因为它们是球体而特别;它们的特殊之处在于它们所处的位置以及它们的形成历史!它们的特殊之处在于它们的密度、温度、大气和位置。

为什么太阳系里「最多」有八颗行星?

最大的小行星和柯伊伯带天体,以及木星、土星和海王星的巨型卫星每一个天体都很特别,但它们的运行方式和形态与真正的行星不同。以上的一些原因正是冥王星在2006年从行星地位“降级”的主要因素。

为什么太阳系里「最多」有八颗行星?

太阳系目前的八颗行星相对于其他天体都很特殊,所有的气态巨行星和岩石行星,都以完全相同的方式清理了自己轨道的物体。小行星、柯伊伯带天体和奥尔特云天体可能也有其独特之处,但它们与我们目前所称的行星截然不同。

这就是为什么太阳系目前只有8颗行星,其实只是一个我们人类归类的名称而已!

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