问题

为什么太阳系行星那么多?

回答
太阳系行星数量之多,与其形成过程中的一系列复杂因素紧密相关。想要理解这个问题,我们需要深入到宇宙的开端,从那片混沌的星云说起。

故事的起点,是一团巨大的、弥漫在太空中的分子云。这团云并非均匀分布,而是由气体(主要是氢和氦)以及一些尘埃颗粒组成。想象一下,这是一个规模宏大、几乎是无边无际的黑暗画布,里面漂浮着构成万物的原子和微粒。

引力的悄然作用:

宇宙并非静止不动。这团分子云中存在着微小的密度不均。即使是极微小的扰动,比如附近一颗超新星爆炸产生的冲击波,或者其他星体经过时产生的引力摄动,都能引起云中某些区域的物质密度稍微高一些。一旦物质密度稍高,它的引力就会更强,从而吸引周围更多的物质。这就好比滚雪球,最初微小的雪球一旦开始滚动,就会越滚越大,越滚越快。

随着物质不断聚集,这团云的中心区域密度越来越高,引力也越来越强。在这种强大的引力作用下,云开始坍缩,向中心收缩。这个过程并非是瞬间完成的,而是持续了数百万年的漫长演化。

扁平的盘面:

在坍缩的过程中,由于分子云内部并非完全静止,存在着一定的角动量(可以理解为旋转的趋势)。当云向中心坍缩时,根据角动量守恒定律,它的旋转速度会越来越快。就像花样滑冰运动员收紧手臂会转得更快一样。

这种快速的旋转导致了物质向中心聚集,但同时也产生了一种离心力,将物质向外推开。这种离心力在垂直于旋转轴的方向上最强,因此,原本球状的分子云在坍缩过程中逐渐被“压扁”,形成了一个巨大的、围绕着中心旋转的扁平盘面,我们称之为“原行星盘”。太阳系的早期,就如同一个巨大的旋转的、由气体和尘埃组成的薄饼。

恒星的诞生:

在原行星盘的中心,由于物质密度和引力的持续增加,温度和压力也不断升高。当中心区域的温度和压力达到足够高的程度时,氢原子开始发生核聚变反应,将氢转化为氦,并释放出巨大的能量——这就是恒星的诞生。我们的太阳,就是在这样的条件下诞生的。太阳的形成,是整个过程的第一个关键节点。

行星的种子:

太阳形成后,其强大的引力以及发出的辐射,开始影响着原行星盘。靠近太阳的区域,温度非常高,只有熔点高的物质,比如岩石和金属,才能凝结成固态颗粒。而在远离太阳的区域,温度较低,除了岩石和金属,还有大量的挥发性物质,如水、甲烷、氨等,也能凝结成冰。

于是,原行星盘中的气体和尘埃颗粒开始相互碰撞、吸积。这些微小的颗粒通过静电作用、范德华力等机制,逐渐黏合在一起,形成越来越大的块状物,我们称之为“星子”。想象一下,无数微小的砂砾在力的作用下逐渐聚集成大大小小的石块。

星子的成长与碰撞:

这些星子如同宇宙中的“建筑积木”,它们不断地在原行星盘中运动,并且受到引力的影响。更大的星子会吸引更小的星子,它们之间的碰撞也更加频繁。一些碰撞是破坏性的,会把星子撞碎;但另一些碰撞,尤其是速度不是太快的情况下,反而会促进物质的合并,使星子变得更大。

在原行星盘中,存在着许多大小不一的星子。它们围绕着年轻的太阳运转,就像在轨道上运行的微小行星。随着时间的推移,一些星子通过引力吸积,变得越来越大,质量也越来越高。

为什么是“那么多”?

这里的“多”,是一个相对的概念。相对于只有太阳和几颗大行星的系统,太阳系行星的数量确实算比较多的。原因可以归结为:

1. 原行星盘的物质分布与演化: 原行星盘的质量和物质分布直接影响了可以形成的行星数量和类型。如果原行星盘的质量足够大,物质分布均匀,并且有足够的时间演化,那么就有可能形成更多的行星。太阳系的原行星盘,在早期可能拥有相当数量的物质,为行星的形成提供了充足的“原料”。

2. 引力与吸积过程的效率: 行星的形成是一个效率不断提高的过程。当一个星子变得足够大时,它的引力就足以显著地影响周围的物质,更有效地吸积其他星子和尘埃。在太阳系早期,存在着许多足够大的星子,它们能够有效地清除自己轨道附近的物质,形成相对“干净”的轨道。

3. 行星形成的“竞争”与“合作”: 在原行星盘中,各个区域的星子都在争夺物质,试图变得更大。这种“竞争”使得一些区域的星子成长得更快,吸收了更多的物质。同时,在某些区域,多个星子可能通过相互吸引和合并,形成更大的行星。

4. 不同区域的化学分化: 如前所述,温度梯度导致了物质的分化。靠近太阳的区域形成了岩石行星(水星、金星、地球、火星),这些行星质量较小,但密度较高。而远离太阳的区域,由于有更多的冰和气体,形成了巨型行星(木星、土星),它们质量巨大,能够吸积大量的氢和氦气体,成为气态巨行星。甚至在更远的区域,还可能形成海王星和冥王星这样的冰巨星。不同的形成区域,不同的物质组成,也造就了不同数量的行星。

5. 行星形成的动态过程: 形成过程并非一成不变。行星形成初期,轨道可能还不稳定,会发生“清理”轨道的过程。一些行星可能会因为引力扰动而逃离太阳系,或者被其他行星吞噬。太阳系能够保留下我们现在看到的八大行星以及其他小天体,也是经历了漫长而复杂的动态演化过程。也许在更早的时期,太阳系曾有过更多的行星,但由于各种原因,它们最终消失了。

6. 其他小天体的存在: 除了行星,太阳系还存在着数量庞大的小行星、彗星、矮行星等等。它们是行星形成过程中未能完全吸积到大行星上的剩余物质。这些小天体的存在,也从侧面说明了太阳系早期物质的丰富程度,以及行星形成过程中“剩余”物质的规模。

所以,太阳系行星之所以“那么多”,并不是一个单一原因的结果,而是由星云坍缩、原行星盘形成、物质吸积、化学分化以及漫长的动力学演化等一系列复杂而精妙的宇宙过程共同塑造的。每一个行星的诞生,都离不开那个充满活力的原始太阳系环境。我们所见的,是宇宙在数十亿年尺度上精心雕琢的杰作。

网友意见

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这是误会

人类的望远镜,分辨率没有那么牛X,感光度也没有那么牛X,也就是说,一颗远在几光年几十几百光年外的行星,我们几乎不可能主动发现它。

目前除了参宿四这个又近又大的恒星以外,所有的恒星在最牛X的望远镜中得到的图像都只是一个几像素的圆点,没有任何细节可言;相比之下,一颗行星通常要比恒星小数十数百倍,亮度更是弱成千上万倍,这就好比,你可以轻易地看到明亮的木星,却凭肉眼怎么都看不到它周围几十颗卫星,但你能说木星的卫星数不如地球多吗?

目前发现的系外行星,手段通常有这么几种:

1,行星凌日。如果一颗恒星很有规律地周期性变暗、变亮,那么可以推测有一颗行星在围绕它公转,而我们恰好处于公转轨道面上,行星每次挡住恒星时导致了亮度下降,而运行到另一侧时它的 反光则导致恒星看起来更亮一些;

2,恒星振动。如果行星够大够近,恒星围绕它们共同的质心旋转时就会产生比较明显的周期性振动,导致恒星的光谱产生多普勒效应,就可能在通过计算的位置上找到对应的行星;

3,直接拍摄,这种方法基本就是大海捞针,不过还真捞到过,那就是一颗棕矮星的行星2M1207b

反过来说,如果我们在几十光年外看太阳,可能也只能发现木星、土星这两颗足够大也足够亮的行星,内太阳系的包括地球在内的4颗小家伙就别想看见了...河鼓二星系上一颗行星的文明中,有一个家伙在他们的quora上发了个帖子问:“为什么河鼓二行星这么多,而那颗恒星,”边说边指着太阳,“行星那么少?”几分钟后,有个人在底下回答道:“这是个误会...”

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