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        超時空課堂

        2023-01-01 00:00:00
        科幻世界·少年版 2023年6期

        羅素提到的烈風(fēng)星是一顆氣體行星,那么行星有哪些種類呢?幾十年來人們一直認(rèn)為太陽系有九大行星,也就是水星、金星、地球、火星、木星、天王星、土星、海王星、冥王星,然而在21世紀(jì)初冥王星被踢出了大行星的行列,降格成了矮行星,而第九大行星則改為指代太陽系外圍還沒發(fā)現(xiàn)的、很有可能存在的神秘大行星。那行星和矮行星有什么差別?冥王星為什么被踢出去?這些都涉及行星的定義。

        目前國際天文學(xué)界對行星的定義是:質(zhì)量不足以引發(fā)內(nèi)部核聚變反應(yīng)、環(huán)繞恒星例如太陽公轉(zhuǎn)、自身足夠大到讓物質(zhì)縮成球形而不是五花八門的奇形怪狀、自身引力又足夠強(qiáng)能清理掉不速之客獨享軌道的天體。

        第一點決定了恒星和行星最關(guān)鍵的差別,恒星體量大,在形成時星云物質(zhì)收縮凝聚的過程中溫度和壓力足夠在核心點燃核氫氣聚變反應(yīng),從而持續(xù)發(fā)光發(fā)熱,就像太陽一樣。要想成為一顆恒星,需要的物質(zhì)至少比木星多80倍才行。質(zhì)量低于木星的13倍,就無法在核心點燃任何的核聚變,內(nèi)部只有形成時遺留的熱量、收縮時引力產(chǎn)生的熱量,還有放射性元素衰變的能量,這就是行星。

        第二點,環(huán)繞恒星公轉(zhuǎn)也很重要,如果環(huán)繞其他行星轉(zhuǎn),則成為天然衛(wèi)星,例如木衛(wèi)三,它個頭比水星還大,但是圍繞著木星公轉(zhuǎn)而不是太陽,于是和月球一樣屬于衛(wèi)星而不是行星。

        第三點是不能太小,必須足夠大,使得重力能讓物質(zhì)總體上坍縮成球形,不能像小行星那樣有的像土豆,有的像骨頭,奇形怪狀。

        第四點決定了是行星還是矮行星,也就是必須獨占軌道,自己的軌道上不能有類似尺寸的物體,當(dāng)然可以有小行星之類的天體。冥王星被踢出九大行星的關(guān)鍵,就是冥王星軌道和附近有多個類似大小的天體,例如鳥神星、鬩神星等。

        那行星有哪些類型呢?太陽系內(nèi)的行星主要可以分為三類,首先是類地行星。那是主要由巖石構(gòu)成,有一個金屬地核的小型固體行星,水星、金星、地球、火星都是。然后是氣體巨行星,就像木星和土星,因為主要由氫氣和氦氣這兩種氣體元素構(gòu)成而得名,有非常厚的大氣層,大氣層下面是液態(tài)氫然后是超高壓下特殊形態(tài)的金屬氫,內(nèi)部可能有一個小型巖石與金屬構(gòu)成的核心。注意木星和土星本身不是氣態(tài)的,而是主要物質(zhì)由氣體元素構(gòu)成,所以叫氣體巨行星而不是氣態(tài)巨行星。

        最后是冰巨行星,也就是天王星和海王星。天王星和海王星雖然也有像木星、土星那樣主要由氫氣和氦氣構(gòu)成的濃密大氣層,但下面主要是水、甲烷和氨等天文學(xué)上被稱作冰的物質(zhì)構(gòu)成,在高溫和高壓下形成地球上不存在的特殊形態(tài)冰,而不是木星、土星內(nèi)部的液態(tài)氫和金屬氫。這些冰類物質(zhì)構(gòu)成了天王星和海王星的主體,最內(nèi)部可能有個巖石和金屬構(gòu)成的固體核心。所以要分清氣體巨行星和冰巨行星,關(guān)鍵是兩者內(nèi)部主要構(gòu)成物質(zhì)不同,前者是氫和氦,后者則是水、甲烷以及氨為主。

        矮行星則是大到能夠成球形、圍繞恒星公轉(zhuǎn),但無法獨享軌道的天體,冥王星和谷神星就是代表,都是球形,但其軌道有眾多其他類似天體活躍,分別構(gòu)成了柯伊伯帶和主小行星帶。

        矮行星下面是原行星或者說星子,是行星形成過程的中間體,通常都在不斷碰撞融合中成長為更大的天體,但有例外,例如灶神星就是。灶神星雖然也被看作小行星,但它內(nèi)部和其他小行星有很大差別,那就是隨著重力沉淀而有分層結(jié)構(gòu),就像地球由地殼、地幔、地核這樣不同層構(gòu)成一樣,而純小行星內(nèi)部是比較均勻的,像蛋糕而不是雞蛋。

        小行星就很容易理解了,尺寸大于1米、圍繞恒星公轉(zhuǎn)、不獨占軌道、個頭不足以讓自己收縮成球形。小于1米的被稱作流星體,比流星體更小的則是塵埃、星際介質(zhì)。

        彗星有點兒像小行星,但通常個頭相對小而且本身有豐富的水、甲烷、二氧化碳、氨等冰或者說揮發(fā)物,同時軌道偏心大,在接近恒星時因為變熱而導(dǎo)致那些物質(zhì)蒸發(fā),然后夾帶著塵埃、碎石等一起噴出,形成壯觀的尾巴。彗星會隨著揮發(fā)物的耗盡而死亡,變得和小行星差不多。有些天體個頭大,平時看起來和小行星差不多,而接近太陽時又會噴氣,兼有小行星與彗星的特征,這些被稱為半人馬族天體,不少半人馬族天體同時有彗星和小行星的編號,例如喀戎星就是。

        太陽系外的情況就復(fù)雜多了,人類目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近六千顆太陽系外行星,例如有自身龐大而軌道又非??拷阈堑臒崮拘穷愋行牵厦娲髿鉁囟瓤蛇_(dá)上千攝氏度,隨著劇烈的大氣運動,鐵在極端高溫下蒸發(fā),然后鐵蒸汽上升冷凝成鐵水,像雨點一樣落下。還有的太陽系外行星,公轉(zhuǎn)軌道偏心得離奇,在接近恒星時熱到成為充斥熔巖的地獄,而遠(yuǎn)離恒星時連大氣都能凍結(jié)在地表。當(dāng)然,人類目前還發(fā)現(xiàn)了一些比較溫和宜居的行星,位置處在恒星周圍不冷不熱的宜居帶中,而且大氣層中檢測出水蒸氣,本身也是類似地球但更大的超級地球型系外行星。還有一些類似行星的天體,脫離恒星的引力控制,自由地在星際空間漂流,被稱為流浪行星。

        科學(xué)家們會不斷探索,也許終將發(fā)現(xiàn)有生命的太陽系外行星,找到真正的第二個地球。

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