我们都知道,宇宙中有无数的行星,它们各有各的特点和奥秘。但是你有没有想过,这些行星到底能有多大呢?我们能找到多大的行星呢?最大的行星又是什么样的呢?今天,将带你探索这些问题的答案,让你对行星的大小有一个全新的认识。
首先,我们要明确一下什么是行星。按照国际天文学联合会(IAU)的定义,行星是指绕着恒星或者恒星残骸运行,并且具有足够的质量使其自身重力克服刚性力而呈现为近似球体,并且已经清除了其轨道周围邻域的其他物体。
根据这个定义,我们太阳系中有八颗行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。其中最大的是木星,它的直径大约是地球的11倍,质量是地球的318倍。在1992年之前,木星一直是我们所知道的最大的行星。
但是在1992年,天文学家发现了第一颗太阳系外的行星,或者说系外行星。从那以后,我们就知道了银河系中还有很多其他的行星,甚至可能是更广阔的宇宙中还有更多的行星。而且这些行星有着各种各样的大小和质量,有些甚至比木星还要大得多。
那么这些行星到底能有多大呢?要回答这个问题,我们需要用两个标准来衡量:一个是直径(半径的两倍),另一个是质量。
按照第一个标准来看,“最大”的系外行星有一个大约是木星半径两倍的行星半径。这些是一些极端的物体,它们非常靠近它们的宿主恒星。你可以想象一下,如果把这样一个巨大的球体放在太阳系中,它会占据从水星到火星之间所有空间!
这些巨型气态行星被称为“热木星”,因为它们受到恒星强烈的辐射而变得非常炽热。其中最大的一个叫做HAT-P-67 b,它位于距离地球1200光年远处。它的半径大约是木星半径两倍,但是它只有木星质量三分之一左右。这说明了它非常稀薄和膨胀。
另一个巨型气态行星叫做WASP-17 b,它也大约是木星半径两倍。它位于距离地球1000光年远处。它还有一个奇怪的特点:它绕着恒星的方向和恒星的自转方向相反。这可能是因为它在形成过程中受到了其他行星或者恒星的干扰。
还有一个巨型气态行星叫做KELT-9b,它的半径是木星半径的1.84倍。它位于距离地球650光年远处。它是已知最热的行星,表面温度高达4300摄氏度。这比一些恒星还要热!它的恒星是一颗蓝色的超巨星,比太阳大和亮得多。由于这样的环境,KELT-9b可能正在被恒星的辐射和引力撕裂,最终会消失。
你可能会想,既然有这么大的气态行星,那么岩石类行星呢?它们能有多大呢?岩石类行星是指主要由岩石和金属组成的行星,比如我们的地球。目前发现的最大的岩石类行星,被称为“超级地球”,它们大约是地球半径的两倍。其中一个例子是Kepler-10c,它位于距离地球560光年远处。它的半径是地球半径的2.3倍,质量是地球质量的17倍。这意味着它比地球更密实,也更重。
相比之下,WASP-17b 的半径相当于地球半径 的22倍,质量只有地球质量 的0.5倍。这就像把一个篮球和一个气球进行比较。你能想象吗?
那么为什么岩石类行星没有像气态巨行星那样大呢?这是因为随着岩石类行星变大,它们会积累气体、冰和水,这会逐渐将它们转变为拥有岩石中心 的气态巨行星。所以说,岩石类行星有一个天然的上限,而气态巨行星则没有。
但是这并不意味着气态巨行星就可以无限制地变大。事实上,当一个行星达到一定的大小和质量时,它就会变成另一种物体:棕矮星。
棕矮星通常被称为“失败的恒星”,因为它们比超级木星更重,但又不够重到能在核心引发普通 的氢核聚变。但是棕矮 星的心脏仍然有东西在燃烧。“棕矮 星和行星之间 的主要区别是它们 的质量和重氢 — 重氢 — 燃烧 的发生,”日内瓦大学天文系的博士后研究员Nolan Grieves说。“在更大的质量下,一个物体会有足够高 的内部压力和温度,以燃烧掉最初存在于物体中的大部分重氢。”
重氢是一种特殊的氢原子,它有一个中子和一个质子。普通的氢原子只有一个质子。重氢比普通的氢更难以聚变,所以它需要更高 的温度和压力。而棕矮 星的核心正好能够提供这样 的条件,让重氢发生聚变,释放出能量。
但是这种聚变是非常缓慢和低效的,所以棕矮 星并不像真正 的恒 星那样发光。它们只能发出一些微弱 的红外线,所以很难被观测到。你可以把它们想象成一些正在慢慢燃烧 的木炭,而不是熊熊燃烧 的篝火。
行星和棕矮星之间 的分界线是在上世纪90年代定义的,当时将燃烧掉50%或更多初始重氢 的物体归类为棕矮星。这个分界线被认为存在于木星质量的14倍的上限,这意味着行星不应该超过这个上限。
但是这个分界线并不是很清晰,因为不同的物体可能有不同 的重氢含量,而且重氢聚变也可能受到其他因素 的影响。所以有些物体可能在质量上介于行星和棕矮 星之间,难以判断它们 到底属于哪一类。
“有些行星,我们测量了它们的质量大约是木星质量的13倍,但是有测量误差,比如HD 39091 b和HD 106906 b,可以说它们是已知最大的行星,”Grieves总结道。“但是也有可能它们已经开始了重氢聚变,或者将来会开始,那么它们就应该被认为是棕矮星。”
目前发现的最重的棕矮星是SDSS J0104+1535,它位于距离地球750光年远的银河系边缘。它的质量是木星的90倍,但是它的半径只有木星半径的0.7到1.4倍。所以事实上,最重的棕矮星可能比我们太阳系中最大的行星还要小。
这就像把一个铁球和一个沙包进行比较。虽然铁球比沙包小得多,但是它却比沙包重得多。你能想象吗?
到这里,你也许会惊讶地发现,行星的大小并不只取决于它们的质量,还取决于它们的密度、温度、压力、组成、环境等因素。而且行星的大小也不是固定不变的,它们可能会随着时间而发生变化。
虽然我们已经发现了很多大小各异的行星和棕矮星,但是这些只是我们目前所知道的一部分。在浩瀚无垠的宇宙中,还有很多未知的奥秘等待着我们去探索。也许有一天,我们会找到比我们现在所知道的更大或者更小的行星,或者一些完全不同的物体。谁知道呢?