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理论上最大的星球可以达到多大?
行星,质量,恒星理论上最大的星球可以达到多大?
发布时间:2020-12-06加入收藏来源:互联网点击:
简单的答案是,一颗大行星对于恒星来说太小了。对恒星的通常定义是,它必须足够大,以便在它的核心将氢融合成氦。主序列恒星是指由聚变产生的热和压力被恒星的重力平衡的恒星。
恒星主要由氢和氦组成,可以肯定的是,最大的行星也会有相似的成分。太阳由大约75%的氢和24%的氦组成,另外1%是较重的元素。木星大约71%是氢,24%是氦,5%是其他物质。由此做个估计,任何一颗大行星的氢氦比例大约为3:1。
只要没有核聚变发生,一颗大行星就会处于流体静力学平衡状态,这意味着所有试图自行坍缩的气体的重量被不想被挤压的气体的压力所平衡。
质量越大,内部受到的挤压越多,内部温度就越高。有了足够的质量,内部变得足够热,氢开始变成氦。
这个临界质量大约是80个木星,任何质量比这更大的星体一定是恒星,而不会是行星。
但这不是上限,因为宇宙中有被称为棕矮星的物体。这些物体是星形的,因为它们不是处于流体静力学平衡状态。
它们的内部像恒星一样产生热量,它们甚至可以将氢融合成氘,而不是氦。另一方面,最小的棕矮星有凉爽、多云的表面,看起来像一颗行星。褐矮星的质量下限大约是13个木星质量。
就质量而言,13个木星质量是一个很好的上限。但是说到大行星,最大的行星实际上并不是最大的。
与观测到的系外行星相比,按质量估算的行星大小。
不同于固体,固体在压力下不会压缩太多,但气体可以显著压缩。所以当你增加气体行星的质量时,它的体积不会同比增加。
例如,木星的质量是土星的三倍,但体积比土星大不到20%。回到我们的流体静力学平衡模型,最大的行星实际上比木星小。
几年前,曾有科学家研究了行星的大小如何随质量而变化。他们发现,在质量越大的海王星型行星和质量越大的木星型行星之间有一个过渡点,质量越大的行星越容易压缩气体。
临界点大约是木星质量的一半,所以最大的行星应该在这个质量附近。
这与观察相符。
最大的已确认系外行星是WASP-17b。它大约是木星的两倍大,但质量只有木星的49%。
比较了一些最大的系外行星 图源:美国航天局/欧空局/哈勃
当然,还有其他因素在起作用,比如组成成分和温度。已知最大的系外行星往往是靠近其恒星运行的行星。这意味着它们比像木星这样寒冷的木星要温暖得多,密度也小得多。
木星还有一个致密的岩石核心,这意味着它比仅由氢和氦组成的情况要小。
但是即使把这些因素考虑在内,木星显然也是太阳系中现存最大的行星,但不是宇宙中最大的行星。
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