围绕一颗恒星运行的行星数量有上限吗?

时间:2021-11-05 09:31:04   作者:
是的。但我不能给出一个确切的数字,但当我说它是有限的,这意味着它不能是无限的。比如,你不可能有行星绕着几光年外的恒星运行。在一个恒星系统中,行星的数量是有几个限制的。

第一个限制是,行星的总质量不能等于或超过恒星的质量。你可能知道,太阳的质量是太阳系总质量的99.8%,只留下0.2%的行星和其他物体。这并不意味着行星的总质量可以是恒星质量的90%。在恒星形成过程中,原恒星是质量最大的物体,没有足够的质量来形成无限数量的行星。大质量的原恒星的引力吸引了大部分物质,所以我认为1%到2%可能是在分子云中恒星形成后行星形成的最大净可用物质。

你知道,随着与恒星距离的增加,行星的轨道速度会降低。因此,如果有无限数量的行星,就会有一段距离,行星将不再围绕恒星运行,并可能与附近其他恒星的引力相互作用。

你一定听说过行星X,太阳系的第十颗行星(包括冥王星)。据估计,它的远日点约为1200天文单位,近日点约为200到300天文单位。相比之下,冥王星离太阳只有49天文单位。到目前为止,科学家还没有计算出它的轨道周期。所以你可以想象X行星以外的其他行星在某一点上,轨道速度将为零,这意味着,它不再围绕恒星运行了。

一旦你计算出这个距离,以及行星之间的平均距离,你可能就能得出一个数字。

行星之间的距离。行星之间不能靠得太近。它们会开始相互作用受到潮汐力的影响等等。以金星和地球之间的距离为例。由于它们的质量几乎相同,我们可以把这个距离作为质量相同的行星的可接受距离。金星与地球之间的距离是0.25个天文单位,所以距离大概是0.25个天文单位。即使(慷慨地)假设大质量行星之间的安全距离为0.5 AU,我们也可以将其作为平均值;在那种情况下,如果你认为对行星X的估计是准确的,那么可能有足够的空间容纳1000颗行星!但问题是,分子云中没有足够的物质来形成这么多大质量的行星!

你可能会认为,质量越大的恒星就会有越多的行星。没有那么快。大质量恒星没有那么长的寿命。经验法则是,恒星质量越大,寿命越短。在分子云中,行星的形成不会随着恒星一起发生。恒星的形成和行星的形成之间有一个巨大的差距。围绕一颗恒星运行的行星数量有上限吗?

在我们的太阳系中,太阳形成后,在行星开始形成之前,它被一个巨大的物质盘围绕了大约1亿年。太阳的寿命大约是100亿年,而一颗10倍太阳质量的恒星的寿命只有1亿年。因此,我们不能考虑更大的恒星,因为它们的寿命不够长,不足以形成行星并进入稳定的轨道。记住,这个物体必须清空它的轨道,才有资格成为一颗行星。

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因此,我们只能想到质量不超过太阳4倍的恒星。

我没有计算出在上述条件下会有多少颗行星,但粗略的猜测是20颗。有20个平均大小的行星——像地球、金星、火星——第20颗行星可能以100天文单位左右的速度围绕恒星运行,轨道周期为1000多年。
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