未必孤独网 > 在现今科学理论下,是否允许存在木星那么大的类地行星?

在现今科学理论下,是否允许存在木星那么大的类地行星?

【王卓骁的回答(18票)】:

1. 首先从现今行星形成理论来说。

不是给个气体盘,它就形成,无数的细节都很重要,比如气态巨行星,在形成一个固态之后,如何吸积气体,为什么吸积气体,吸积什么气体,在哪吸积?

要从更详细的行星形成理论来看问题:这个大质量(数十地球质量)的岩石行星是否能形成。

原行星盘里的质量约为恒星质量的1%,类比太阳系,木星是太阳质量的1‰。

原行星盘形成时拥有毫米集的尘埃可以在气体里减速,相互粘合指导km量级。[一百万年]

当km量级的星子形成之后,相对速度可以小于碰撞体的逃逸速度,他们就可以碰撞长大。但是直到1000km量级时,潮汐力会撕碎靠近的质量并散射离开,或者碰撞之后散射以致于固体质量长大的效率开始降低,对于类太阳恒星,这样固态内核最多只可以长到10个地球质量(大约3倍地球半径)。[数百万年]

当长大到1000 km量级,吸积周围气体盘里气体的效率就开始显著提升,但是气体进入原行星周围会被加热,所以降温效率决定了吸积气体的多少。雪线之外的核,可以吸积更多的气体,越靠近恒星,恒星紫外线也会加热电离吹走行星周围的气体。[千万年]

所以,质量限制让岩石行星不会超过数十倍地球质量(有几个例外HD 149026b,这就是科学,等待继续观测和理论修正),长大到木星质量是吸积了足够的气体而形成的。和目前数千颗系外行星的观测结果:超级地球普遍存在非常吻合。

2. 在大质量恒星周围

大质量恒星(O, B型这类数十倍到上百倍太阳质量)周围原行星盘的质量相应也增加了,增大了以上各个过程的效率。此时可能能够形成上千倍岩石行星。但是OB型星并不多。。也就是太阳数量的百分之一吧

3. 白矮星退化

一个双星系统,当都演化到致密天体的时候,比如一颗白矮星一颗中子星,白矮星可以继续损失质量被中子星吸积,退化到木星质量大小。比如:PSR J1719-1438 b。

【Mandelbrot的回答(144票)】:

理论上像木星一样大的类地行星是可以稳定存在的,但是问题是在自然条件下产生这样一颗行星的概率太小了。

地球的密度是木星的4倍(5.51/1.33),一颗像木星那么大的类地行星的质量就是木星质量的4倍。考虑到其内部的巨大压力对物质有一定的压缩作用,估计最多不会超过木星质量的8倍,太阳质量的0.008倍。

和地球一样,这颗行星的主要元素组成是氧,硅,铁等。要让氧进行核聚变,需要9倍太阳质量。所以,它不会变成一颗恒星。要让它收缩称为一颗白矮星,它需要拥有0.17倍太阳质量(这是目前发现的最小白矮星质量),所以,它也不会变成白矮星。总之,它就是一颗稳定的巨大的岩质行星。

但是,宇宙中现有的元素以氢和氦为主,其他的重元素太少了。在行星形成的早期阶段,重元素大致均匀的分布在原始星云中。在星云收缩的过程中,大多数重元素都会向中心集中,落入恒星中去。剩下的可以用来制造行星的重元素就更少了。在任何区域,都不会有足够多的重元素可以凝聚成一颗如此巨大的岩质行星。

木星之所以如此庞大,是因为它恰好出生在太阳系的黄金地段——雪线之外。它同样也是从一颗岩质行星开始,以集聚重元素尘埃起家的。然而,在它的位置,距离太阳足够远,水可以以固态存在。这样,它就有了足够的材料,在短短3百万年内增长到4倍地球质量。这个质量让它有了足够的引力去吸引最为丰富的氢和氦,然后一跃成为行星中的老大。

行星的轨道并不是一成不变的。从上亿年的时间尺度上来看,行星会在不同轨道上迁移。同时可能会碰撞,合并。如果木星和其他行星合并,可以得到更多的重元素。不过,即使木星把太阳系的所有行星都吃光,得到的岩石和金属也远远达不到问题的要求。但是,在一个规模更大,物质更加丰富的恒星系中,通过行星的合并,倒是有可能形成这样一颗行星的。也许,这颗行星的岩质内核就有现在的木星这么大。当然,这颗行星是一颗气态巨行星,仍然达不到问题的要求。

我们可以继续设想,这颗行星可以通过轨道迁移,来到距离恒星很近的地方,变成一颗“热木星”(Hot Jupiter)。在这个位置,强烈的恒星风和辐射会逐渐剥去行星的大气和外层物质,露出里面的岩质内核。这样,我们就得到了一颗像木星这么大的类地行星。

【张浩的回答(8票)】:

质量比地球大N倍,压缩程度肯定远高于地球,所以密度也比地球高多了。

如果质量和木星相当的话,体积一定比木星小得多;体积和木星相当的话,那质量就比木星大多了。

这样一颗行星表面的重力加速度比木星还要大很多,必然会大量吸积氢气,然后就会变得和木星类似了。除非它所处的位置极度缺乏氢气和其他气体。即使如此,表面的少量大气也会有极高的大气压,导致大气下层变成超临界流体。

别的有空再慢慢脑补。。。

【DK董事长的回答(1票)】:

已经存在了,正确的物理定律都是在一定范围内满足事实的。

【韦军梓的回答(2票)】:

浩瀚宇宙,大型类地行星应该一定是存在的,只不过并不一定宜居,至少不适合我们这种碳基生命血肉之躯。。没准硅基生命会适合?引力太大了。

【StarBIRD的回答(0票)】:

How Big Do Planets Get? 里面引用某博士后导师 Dr. Sean Raymond 的说法:

“The largest “terrestrial” planet is generally considered the one before you get too thick of an atmosphere, which happens at about 5-10 Earth masses (something like 2 Earth radii). Those planets are more Earth-like than Neptune-like.”
最大的“类地”行星基本上认为质量会是地球的5~10倍,半径2倍,有一个远厚于地球的大气层

言外之意,大概是说超过这个范围的岩石行星,整体属性上会表现得更像海王星的岩石态核了

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