大家好!又跟大家见面了,欢迎收看本期的科学有话说,对我个人而言,科技探索不仅仅是一个重大的事件,还可能会改变我的人生。

在我们的理解中,恒星都比行星大,而且要大得多,比如太阳的直径是140万千米,而太阳系最大的木星直径也就是14万千米多一点,而地球则1.3万千米都不到,其他岩石质行星就更小了,根据第一性原理来推断,太阳系这个条件在宇宙中其他位置应该也可以适用,因此我们认为应该不存在行星比恒星大的这种状况!

为什么不存在比恒星大的行星?

在托勒密地心说完整成型之前,古希腊天文学家、数学家阿里斯塔克斯就提出了日心说,当然他也不是脑补出来的日心理论,而是有严格的计算逻辑,他只有一部唯一流传至今的著作,手的就是关于太阳和月球的体积以及到地球的距离的论著。

阿里斯塔克斯的计算方式是基于月亮能在天空中完美挡住太阳,也就是日全食给了阿里斯塔克斯灵感,他认为太阳,月球和地球在每个月首个或最后的四分之一时间内,构成了一个近似的直角三角形。而他估计最大的角度大约是87°。

这个方法其实非常完美,不过观测数据有比较大的误差,这个角度比实际值89.853°差距还是不小的,还有他计算出了日地距离是地月系距离的20倍(实际390倍),尽管有些错误,但他仍然得出一个结论,太阳要比地球大得多,因此他认为地球是绕着太阳转的。

阿里斯塔克斯不愧为一位大师,他以太阳比地球大从而敏锐的意识到了日心说才是正确的!

牛顿万有引力论

哥白尼将阿利斯塔克斯的日心模型以观测与理论方面都得到了完整的体现,开普勒则发现的三大行星定律,告诉大家行星都是围绕太阳公转的,而且走的是一条椭圆轨道,在牛顿时代,太阳比地球质量要大得多和重得多已经成了一个普遍公理!当然对于太阳准确距离和质量以及直径尚未有定论。

而牛顿则在哥白尼以及伽利略和开普勒的观测基础上辅以自己的理解,发现了万有引力定律,天体之间的引力和它们的质量成正比,和距离的平方成反比。牛顿以后随着观测技术的进步,逐渐可以用金星凌日来观测计算太阳的距离了,原理也不复杂:

于各行星的轨道半径之比可以由开普勒定律算出,所以只要测出内行星的视差,就可以推算出太阳的视差,从而得到日地距离。哈雷提出通过在全世界多个位置观测金星凌日测定金星的视差

1761年和1769分别实施了这一测量,大致确定了日地之间的距离为1.5亿千米,的确要比阿里斯塔克斯估计得远得多。太阳的质量自1789年卡文迪许完成了对万有引力常数的测量后,就可以用公式计算出来了!

太阳质量也可以用一年的时间长度、地球和太阳的距离天文单位和万有引力常数(G)的形式呈现

太阳的质量大约为:1.9891×10^30千克,地球则只有5.965×10^24千克,太阳确实要比地球大得多,也重得多,后来天文学家发现,太阳的质量占了整个太阳系物质的99.86%,也就是说太阳是太阳系绝对的王者!

爱因斯坦的广义相对论

其实牛顿万有引力理论已经可以完美解释恒星为什么要比行星大了,否则就倒过来转了哈,不过广相中有一个解释挺直观,比如将引力解释质量弯曲了时空,行星则在这个坑里以测地线的方式运转,这样看起来非常暴力有效,比万有引力理论不知道要好理解多少倍。

爱因斯坦果然是人才,牛顿费劲口水解释了半天还云里雾里,爱因斯坦一句话搞定了!

恒星演化和发展理论,将会出现行星比恒星大的情况

恒星的演化模型是二十世纪前五十年发展起来的,早期爱丁顿提出了恒星可能是核聚变提供能量,伽莫夫则完善了伽莫夫因子,提出量子隧穿效应是恒星质子链反应的第一步提供了可能!汉斯贝特则完善了恒星的质子链反应和碳氧循环提供能量机制,泡利在1924年发现了电子轨道的泡利不相容原理,朗道则在发现中子简并力可能是对抗恒星坍缩的最后支撑。种花家将很多信息浓缩在了这段文字中,大概意思是说恒星的核聚变燃烧之后失去辐射压会有几个结果:

质量不够,成为白矮星:泡利不相容的电子简并力对抗压缩的简并态星

质量足够,成为中子星:费米子不能处于同一量子态的中子简并力提供支撑的中子星

质量足足够:成为黑洞:再无力量对抗压缩成为黑洞

其中我们将发现白矮星和中子星的直径将会大大缩,因为白矮星物质就是电子压缩到了原子核附近,而原子核与原子的比例相当于一只蚂蚁和体育馆相比,因此白矮星的直径和地球差不多,比如天狼星的伴星白矮星直径比地球略小(质量却和太阳差不多),而太阳未来将形成的白矮星质量只有其本身的一半,但体积则要比天狼星的伴星大一些(质量越小,体积越大)。

因此在一个中心已经形成白矮星的恒星系内,它们的恒星(白矮星)确实可能比行星小,如果是中子星的话,那就更小了,甚至比白矮星还小几个数量级!

行星的演化理论不允许出现比恒星大的行星

其实每一颗行星都是恒星胚,主要是实在没有物质了,只好长成一颗行星,比如天狼星当年就有一颗行星,但那颗行星实在太过膨胀,逐渐长成了恒星,而且还比天狼星大,结果发展明显快了一步,早已成为了白矮星!它和主星之间的距离就只有太阳和天王星之间的距离。

天狼星和它的伴星

如果长得比恒星还要大,那么它自身就成了一颗恒星,因为长得过大将会留住气体元素,而且会越来越多质量增加很快就会失去控制,最终内核温度急剧升高,发展成了汉斯贝特所完善的恒星发光模型,成为一颗恒星。

所以宇宙中会存在行星比恒星大的行星,比如白矮星系(第一颗被发现的白矮星是三合星的波江座40,它的成员是主序星的波江座40A),但中子星系可能性比较小(因为超新星爆发可能会摧毁恒星系),但不存在质量比恒星大的行星,如果有,那么它本身将成为一颗恒星。

人类现在在生物、化学等自然学科技术发展的突飞猛进,给原本好奇心强烈的人们带去了丰富多彩的精神食粮。人类在探索与发明的同时给自我价值以肯定,人们在享受科技带来的福祉的同时也收获了快乐。以上就是本期关于科学探索的事情了,大家有什么想法呢,欢迎在评论区告诉小编一起讨论哦!

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