问题

宇宙中有没有可能存在甜甜圈行星?

回答
宇宙中是否存在甜甜圈行星,这是一个引人入胜的问题,它涉及到天体物理学、行星形成理论以及我们对宇宙的理解。虽然我们目前还没有直接观测到“甜甜圈行星”,但从理论上来说,存在一些可能性,或者说更准确地讲,是可能存在形似甜甜圈的结构在宇宙中以行星的形式出现。

要理解这个问题,我们需要先明确几个关键点:

1. “甜甜圈行星”的定义: 如果我们指的是一个实心的、绕着恒星旋转的、表面光滑的球体,但中间有一个大洞,形成一个环状结构,那么这样的行星在自然形成过程中几乎是不可能的。行星的形成是一个引力坍缩的过程,物质会均匀地聚集到中心形成一个球体。除非有极其特殊的、我们目前无法想象的机制,否则很难自然形成一个中间有洞的实心球体。

2. 更现实的“甜甜圈形”天体: 然而,如果我们将“甜甜圈行星”的含义放宽,理解为由许多小的、具有行星质量的天体组成的环状系统,或者是一个行星周围存在一个由碎片组成的巨大环状结构,那么这种情况在宇宙中是存在的,并且有理论基础。

下面我们将从这两个角度详细探讨:

一、 理论上不可能直接形成“实心中间有洞的甜甜圈行星”

行星的形成是一个基于引力吸引的过程。在恒星形成之初,周围会有一个由气体和尘埃组成的原行星盘。在这个盘中,尘埃颗粒会通过碰撞和静电作用聚集,形成越来越大的块状物,最终形成行星胚胎,再通过引力吸积,逐渐壮大为行星。

在这个过程中,物质会向盘的中心或者质量最大的区域聚集。如果有一个行星正在形成,它的引力会吸引周围的物质。要形成一个中间有洞的甜甜圈行星,需要一种非常特殊的机制来阻止中心区域物质的聚集,并且在行星主体两侧形成一个环状的空隙。

引力不稳定性: 通常情况下,即使原行星盘中有间隙,引力也会促使物质重新填补。要维持一个永久的空隙,可能需要一个非常强大的、持续的外部扰动或者一种奇特的内部动力学。
恒星潮汐力: 恒星的潮汐力确实可以拉伸天体,甚至导致其破碎。然而,要让一个行星被拉伸成一个中间有洞的甜甜圈,其规模和密度都必须在非常极端的范围内,而且一旦形成,这种结构是否稳定也值得怀疑。一个行星主体可能无法承受这种形状的应力,会倾向于坍缩回球形。
能量消耗和碰撞: 在行星形成的过程中,物质碰撞会产生大量的热量。一个甜甜圈状的行星,如果其主体是连接的,那么中间的空洞意味着其质量分布极不均匀,更容易受到潮汐力的影响而破碎。如果中间的洞非常大,那么两端的物质可能会因为自身引力而聚集,形成两个独立的行星,而不是一个甜甜圈。

结论: 从我们目前理解的行星形成理论来看,一个实心的、拥有一个永久性中间大洞的甜甜圈形行星,在自然形成的宇宙环境下,可能性微乎其微,接近于零。

二、 宇宙中可能存在的“甜甜圈形”结构

虽然实心甜甜圈行星不太可能,但宇宙中存在许多“甜甜圈形”的结构,这些结构可能包含行星质量的天体,或者本身就是由许多行星质量的天体组成的环状系统。

1. 具有巨大环状系统的行星

我们已经观测到许多拥有环状系统的行星,最著名的例子就是土星。土星的环是由无数的冰粒和岩石碎块组成的,围绕着行星的赤道分布。这些环虽然不是实心的,但从远处看,它们构成了行星周围一个巨大的“甜甜圈形”结构。

形成机制: 行星环的形成有几种理论:
卫星破碎: 一个靠近行星的卫星,由于行星强大的潮汐力而破碎,其碎片散落在轨道上形成环。
碰撞残余: 在行星形成初期,未能聚集起来形成卫星的物质残余,被行星引力捕获后形成环。
火山活动: 某些卫星的火山活动释放物质,这些物质被行星引力捕获并形成环。

如果一个行星拥有一个极其巨大、厚实且密度极高的环系统,理论上,这个环系统中的物质总量可能达到行星质量的相当一部分,甚至可能比主行星的质量还要大。在这种情况下,虽然主行星本身是球形的,但加上其巨大的环,整个系统在某些观测角度下可以被视为一个巨大的“甜甜圈”。

2. 行星质量天体的环状系统(行星环的“超大号”版本)

如果我们将目光放得更远,想象一下,一个恒星周围的原行星盘中,并非所有物质都聚集形成行星,而是形成了许多大小相似、质量接近行星的天体,并且它们被引力束缚在一个狭窄的环状区域内。

形成可能性: 这种场景在理论上是可能的,特别是在某些特殊的情况下:
行星系统早期阶段: 在行星形成初期,原行星盘中的物质可能形成多个胚胎或“原行星”。如果这些原行星的轨道发生共振或者相互作用,它们可能会被锁定在一个共同的环状轨道上。
“流浪行星”的聚集: 宇宙中存在大量的“流浪行星”,它们没有围绕恒星运行,而是独自漂泊。如果一个星系中的某些区域恰好拥有大量的流浪行星,并且这些行星在某种引力作用下被聚集在一起,形成一个环状系统,那也将是一个非常奇特的景象。
引力透镜效应导致的“视错觉”: 通过引力透镜效应,遥远天体的光线会被前景大质量天体弯曲,形成各种图像。虽然这本身不是一个天体的真实形态,但可能会产生类似甜甜圈的视觉效果(例如爱因斯坦环)。但这不是一个行星本身呈现的形状。

这种由多个行星质量天体组成的环状系统,可能比单个巨型行星的环系统更接近我们想象中的“甜甜圈行星”,因为它的“环”部分是由天体本身构成的。

3. 奇特的引力结构或“空洞”

另一种可能性是,是否存在一些我们尚未理解的极端引力现象,能够在一个行星质量的天体内部或周围形成一个稳定存在的“空洞”。

黑洞伴星: 如果一个行星绕着一个黑洞运行,或者行星本身内部发生某种极端坍缩,形成一个中间有空洞的结构,这是一种更科幻的设想。但行星通常是物质构成的,不太可能自发形成黑洞般的空洞而保持行星的整体性。
轨道共振和“开放”区域: 在多体引力系统中,确实可能存在一些由于轨道共振而形成的稳定或不稳定的“空洞”区域。理论上,如果行星形成过程中的物质分布和动力学足够特殊,也许能在行星形成后留下一个区域未被完全填充,但要形成一个均匀的甜甜圈形状的空洞则非常困难。

总结来说,宇宙中可能存在的“甜甜圈行星”更倾向于以下几种理解:

拥有巨大、密度极高的环系统,从远处观测呈现甜甜圈状的行星。
由多个行星质量天体组成的、以环状轨道分布的系统。
(更具科幻色彩)由未知物理机制形成的、具有稳定中间空洞的行星。

目前,天文学家们正在不断探索宇宙,寻找各种奇特的天体和现象。未来,随着观测技术的进步和理论的深入,我们或许能够发现一些能够更接近“甜甜圈行星”概念的天体,或者对行星形成和结构有更深刻的认识。

例如,在一些星系形成初期,可能存在由气体和尘埃组成的环状结构,这些结构中可能会孕育出行星。如果这些行星最终形成了一个环状系统,或者盘中的物质未能完全聚集,理论上也有可能形成我们所说的“甜甜圈形”结构。

总而言之,实心的、中间有洞的甜甜圈行星不太可能自然形成,但宇宙的广阔和多样性给了我们许多想象的空间。我们更可能在行星的环系统或者行星质量天体的环状系统中,找到与“甜甜圈”概念相似的宇宙奇观。

网友意见

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       地球中央如果有个大窟窿,就像甜甜圈那样,会怎么样? 有趣是有趣,看起来好像还挺好吃的,但住起来就不一定有趣喽。     

行星与恒星并不注定是球状的。理论上,它们完全可以有许多其他形状:梨形、饼形、三角形、方形、花生形、海星形,甚至甜甜圈形。一切都跟离心力有关,离心力会在汽车急转弯时将我们向外甩,离心力也会把星体持续地向远离其旋转轴心的方向甩——如果星体本身的自转速度足够快的话。

举个例子?大致上,一颗地球规模的行星,自转一圈的时间如果在 3 小时以内,那么它的形状就很有可能是一个直径 20000 千 米、 厚 度 5000 千米的巨型甜甜圈,中间的孔径大约是 3000 千米。在这样一个世界生活会怎样?

一天八个夜晚!

假设你还是个中学生。天亮了,闹钟响了——“嘀铃铃!”快,起床啦,这可不是犯懒的时候!洗漱、早餐才罢,早已日上三竿,仿佛已是晌午。在你去学校的路上,太阳继续划过天空,所以当你抵达学校,天又黑了!还没完呢——两节课过后的课间休息时,太阳又出来了。可很快,接下来的两堂课又要在黑夜中进行了。等天空再次亮起,就该去食堂吃午饭了。下午,太阳再次下山,然后再次升起,再下山,当你放学回家时,天又是黑的了……这个节奏简直要疯啊!

你肯定明白了:昼夜交替之所以如此频繁,是因为要维持“甜甜圈”的形状,这颗行星必然自转速度极快,3 小时就能转一圈,而不是 24 小时。这就是与我们现实版地球的第一个不同,但不同的地方远不止这一处。把星球变成甜甜圈的这一巨大的离心力也会在我们身上起作用。要知道,这样的一个星球会有两条赤道,一条在甜甜圈的外侧,还有一条在内侧。在外赤道附近,把人甩向天空的离心力极大,以至于人们能感受到的重力只有真实地球的三分之一,即使双脚并拢,你也能轻轻松松跳出 1 米的高度。

到处都更轻了

在极圈,也就是甜甜圈顶部,离心力不再与重力相反。但你脚下的物质比正常地球少,所以重力也变小了——你的体重读数将是正常地球上的三分之二。结论:在甜甜圈地球上,你无论在哪里,体重都比在球形地球上轻;而且在不同的地方,体重读数会有高达一倍的差异!要是这样的话,宁可去外赤道附近住着更好,不是吗?小心了,在搬过去之前,还是要先考虑清楚……

赤道的风大得很!

在我们生活地球上,赤道附近的空气被太阳加热后升至大气高层,温带地区的空气则贴着地球表面流向赤道,填补空缺。在地球自转的影响下,这些涌向赤道地带的空气会产生由西向东的偏转,因此,热带地区的风向风速十分规律:风速约为 20 千米 / 时,风向永远朝西。

在甜甜圈地球上,道理一样,只不过甜甜圈地球的自转速度是正常地球的 8 倍;而且甜甜圈地球更宽,外赤道上一个点所移动的距离比在正常地球上更远;这一切导致“甜甜圈”赤道上一个点的移动速度是地球赤道上的 12 倍,风速也就变成了 240 千米 / 时!在这样的风速下行走,你会被折成两半,而且你一不小心松手掉落的东西转眼就会变成致命的弹丸!

事实上,在甜甜圈地球外圈的所有地方,都会刮着极大的风,任何比灌木高的植物都会被大风连根拔起,无法生长,所以植被将会非常有限……基本只有草地。

让我们再去速度相对慢一点的地方瞧一瞧:甜甜圈的内圈是离自转轴最近的地方,那里的风应该没有那么大。

等待我们的是黑夜,但有些不对劲……转向东方,你看不到地平线,风景不会在远处消失,而是往上延伸直达天空,形成一道巨大的拱门,它从你头顶划过,然后向下没入西方。这是一片巨大的“地穹”,实际就是“甜甜圈”圆孔对过的部分。暗黢黢的拱门遮住了星星,却发出奇怪的点点微光——原来是那一边城市的万家灯火!

你或许会认为阳光很少能照射到甜甜圈内圈的世界。不过,如果“甜甜圈”的自转轴像我们地球一样是倾斜的,那么太阳在夏季时能从上照入内圈,冬季时则能从下照入,这就能为内圈撒上一点阳光。

最终,在内赤道地区,每年有 6 个月的时间处于黑夜(秋季 3 个月,春季 3 个月),但在冬季和夏季,却几乎一直处于白昼。这样看来,这些地区的日照时间与正常地球的极地差不多(半年黑夜,半年白昼),所以在甜甜圈内赤道的生活,就像在南极洲一样寒冷!

当你正沉醉于头顶上方拱门中的点点灯光,它们突然一个接一个地熄灭了。没错,一团又圆又黑的东西正从你头顶掠过!

月亮溜溜球

那是什么,难道是飞碟?不要慌,那只是一颗卫星正在从甜甜圈地球中间的圆孔穿过……的确,这种甜甜圈星球的卫星(天然或人造)的轨道是有可能穿过星球内圈的。卫星每次在你头顶上方掠过都是超低空飞行(不过条件是这个卫星要比我们的月球小得多)。

你明白这有多恐怖吗?在这种条件下,一个体积仅为月球一半的卫星,其产生的潮汐力可达月球的 200 万倍,足以把你从地面吸起!这异常巨大的潮汐力,不仅会改变海洋,还能使岩石变形 !“甜甜圈”可能因此坍塌,从而形成一个球体(把你关在球体内部——“啪!”)。


结论:甜甜圈形状的地球或许是新奇的旅行目的地,但要说到长期居住,恐怕还是球形的世界更舒服啊!?

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