從太陽系中的行星看,岩質行星尺寸都比較小,氣態行星尺寸都比較大,是否說明岩質行星不能很大呢?

從太陽系中的行星看,岩質行星尺寸都比較小,氣態行星尺寸都比較大,是否說明岩質行星不能很大呢?這個臨界半徑/質量是多少?


形成太陽系的原始星雲里氫氣和氦氣占絕大多數,重元素極少,因此一開始形成的原始行星體都不會很大。之後它們再陸續碰撞合併成較大的行星。
岩石行星大到一定程度,距離太陽遠到一定程度,行星表面的逃逸速度大於氫氣分子的熱運動速率,就會吸積原始星雲里豐富的氫氣和氦氣,從而形成巨行星。
現在一般認為木星和土星的岩石核心有幾十個地球的質量,天王星和海王星的核心質量則都和地球差不多。

至於前面說的「遠到一定程度」是多少呢?這裡水、氨、甲烷等揮發性成分作為重要的媒介物質起了作用。離太陽較近的區域,它們是氣態,不容易吸積;離太陽遠到一定程度,它們變成固態了,就可以吸積了。因此粗略地說,在它們的凝固點以上的區域,會形成岩石行星;以下的區域則會形成巨行星。這裡的凝固點一般認為是170K(攝氏零下103度)左右。

設太陽的輸出功率為P_{
m sun},距離太陽x的位置處的球殼面積為4pi x^2,此處半徑為r的球形黑體截面上吸收的太陽輻射就是frac{P_{
m sun}}{4pi x^2}cdot pi r^2 = frac{P_{
m sun}cdot r^2}{4x^2}
根據斯特凡-波爾茲曼定律,溫度為T的黑體的輻射功率為P=sigma AT^4,其中sigma是斯特凡·波爾茲曼常數,A為表面積,上述半徑為r的球形黑體其表面積是4pi r^2。當這個球形黑體吸收和向外輻射達到平衡時,溫度恆定,此時有frac{P_{
m sun}cdot r^2}{4x^2} = sigma cdot 4pi r^2cdot T^4,其中P_{
m sun} = 3.85	imes10^{26}
m Wsigma = 5.67	imes10^{-8}{
m J s^{-1}m^{-2}K^{-4}}
當T=170K時,可以解得x=5.7	imes10^{11}
m m,也就是2.7倍日地距離,大約就是小行星帶的位置。
因此在小行星帶以內形成了水星、金星、地球、火星,小行星帶以外形成了木星、土星、天王星、海王星。

以上是簡單的計算,實際行星形成過程還要更複雜一些。


因果關係反了,岩石,由分子電子軌道決定的密度,有一個範圍,比較小的行星,引力不足以維持氫氣氦氣這些主流氣體,所以岩石裸露。而如此小的氣態行星,質量引力太小,根本不能維持自身存在


岩質行星大到一定程度,就會吸引大量的氣體,於是它變成氣態行星。有首歌唱的就是這個:「長大後~我就成了你~」


岩質星太大就變成黑洞了


不妨換個思路用哲學來看待問題,結構越複雜的存在度越低。舉個栗子,我們的太陽是由大量的氫元素和少量的氦元素其他的都是很微量(具體比例自行百度)構成的,而整個太陽系的質量集中於太陽,就是太陽系最大的行星木星的質量也比其他行星總質量大而木星正是氣態行星。是不是問題瞬間很簡單啦!抓機好費力!


沒有這個不能,沒有這個物理定律說明它不能存在。


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