行星能有多大?
2018-08-28 09:16:26    《中国中学生报》 人参与 0评论

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  2017年6月,美国哥伦比亚大 学的研究人员宣布,他们发现一颗大 约是地球质量3000倍的系外行星! 这颗行星大得超乎想象,快超出了 人们对于天体大小的认知极限,它也使得      科学家们开始考虑,在宇宙中最大的行星 会有多大?
  
  实际上,这个问题有两个答案,因为 这里的“大”有两重含义,质量大或者体 积大。
  
  行星质量的极限有多大?
  
  我们不妨先讨论下最大质量的行星会 有多大。一般来说,行星指的是那些不需 要核聚变的天体。在太阳系内,木星是太阳系中最大 的行星,它的体积超过地球的1000倍,质量超过太 阳系中其他七颗行星质量的总和。而如果一颗行星的 质量达到地球质量的 4000 倍(或木星质量的 13 倍), 其核心产生的热量和压力足以引发氘(氢的一种同位 素)的聚变反应,这个行星会被视为褐矮星,而不能 再称作行星。
  
  那么,这么说来,最重的行星只能是木星质量的 13 倍?实际上,一个星球是否会发生核聚变反应,不 仅仅取决于其质量,还与这个星球的内部构成元素有 关,假如这个星球没有氢元素、氦元素的话,那么就 不太容易引发内部核聚变反应。美国普林斯顿大学和 亚利桑那大学的研究者最新的研究表明,无论行星由 什么样的元素构成,最大的行星质量只能是木星质量 的 16 倍。任何一个行星,如果质量比这一临界值大, 那么它将会发生核聚变反应,成为一颗恒星。
  
  行星体积的极限有多大?
  
  那么,一个行星的最大体积能有多大呢?科 学家们认为它也只能有木星那么大。
  
  如果你仔细观察,就会发现即使褐矮星比木 星重很多倍,其直径几乎和木星直径差不多,这些 天体的直径与木星直径大小相差范围只有约 15%。 拿Trappist-1A星来说,这是一颗表面温度极低 的红矮星,只有太阳 1/2000 的亮度,但它是真正 的恒星,它有稳定的、持续的核聚变反应,这一 反应将会持续1万亿年甚至更长时间。Trappist1A 的质量是木星的 80 倍,但直径比木星只大了约 1/10。由于其质量大,但体积并不大,所以这颗小 恒星有非常高的密度,Trappist1A的密度大约是木星的60倍, 是花岗岩密度的 25 倍,比铅密度 大6倍。更极端的例子是红矮星 EBLM j055-57ab,这颗恒星直径 比木星小 15%,大约是土星的大 小,但其密度是铅的17倍,是 水的密度的 188 倍。
  
  所 以, 研 究者认为木星的 直径可能已经接 近行星直径的上 限。当行星质量 很大时,它们的 体积就不会变得更大,它们只会在密 度上增加,直到最终 可以产生核聚变反应, 这个时候它们也不再 是行星了。
  
  当然事情总会有些例外。有些行星运行轨道距离 恒星非常近,表面温度会非常高,体积会膨胀得异常 大。比如,KELT-11b 就是一颗高膨胀系外行星,它 跟木星一样,是一颗超级气态行星,但体积大于木星, 半径大约是木星的 1.37 倍,质量又仅有木星的 20%。 在距离地球大约335光年外还有一颗HD 100546 bn 行星,其直径大约是木星的 7 倍,这也使得它成为已 知最大的行星。不过也有一些人认为这颗行星周围, 仍然被大量的尘埃和气体所包围,可能仍然处于新生 阶段,并不能算是真正的行星。
  
  雨彤

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