什么是行星?
我有个大胆的想法就是人类的命运和星球有关 浩大的宇宙承载太多太多你不知道的东西和事务,如同我们的身体里的一个细胞不知道我们下一步要做什么一样,如同星星承载着一个人的命运,那么人的一个想法决定一个细胞的生死一样。
行星通常指自身不发光,环绕着恒星的天体。其公转方向常与所绕恒星的自转方向相同。一般来说行星需具有一定质量,行星的质量要足够的大且近似于圆球状,自身不能像恒星那样发生核聚变反应。
行星的历史
从古典时代的神圣的游星演化到科学时代的实在的实体,人们对行星的认识是随着历史在不停地进化的。行星的概念已经不仅延伸到太阳系,而且还到达了其他太阳系外系统。对行星定义的内在的模糊性已经导致了不少科学争论。
从远古时代起,五个肉眼可见的经典行星就已经被人们熟知,他们对神学、宗教宇宙学和古代天文学都有重要的影响。在古代,天文学家记录了一些特定的光点是相对于其他星星如何移动跨越天空。古希腊人把这些光点叫做“πλάνητες ἀστέρες”(即planetes asteres,游星)或简单的称为“πλανήτοι”(planētoi,漫游者),今天的英文名称行星(planet)就是由此演化出来的。在古代希腊、中国、巴比伦和实际上所有前现代文明中,是人们几乎普遍的相信,地球是宇宙的中心,并且所有的“行星”都围绕着地球旋转。会有这种认识的原因是,人们每天都看到星星围绕着地球旋转,而且看起来好像是常识的认为,地球是坚实且稳定的,应该是静止的而不是会移动的。
八大行星
一般来说,行星的直径必须在800公里以上,质量必须在5亿亿吨以上。按照这一定义,截至2013年,太阳系内有8颗行星,分别是:水星Mercury、金星Venus、地球Earth、火星Mars、木星Jupiter、土星Saturn、天王星Uranus、海王星Neptune。国际天文学联合会下属的行星定义委员会称,不排除将来太阳系中会有更多符合标准的天体被列为行星。在天文学家的观测名单上有可能符合行星定义的太阳系内天体就有10颗以上。
行星形成的两种解释:它的形成过程是怎样的?科学家这样解释
恒星诞生时,密集的星际物质云团在自身引力作用下坍塌,旋转成最终卷成婴儿星的扁平的圆盘。现在,在一颗如此年轻的原恒星周围,首次发现了行星形成的蛛丝马迹,残留的尘埃和气体云仍在向它坍塌,圆盘仍在形成的过程中。
这是最早在原恒星环中发现这样的结构,它表明行星的形成比我们想象的要早,甚至早于新生系统50万年的历史。
这颗年轻的原恒星被称为IRS63,它位于470光年外的蛇夫座恒星形成区——这是一座恒星苗圃,那里的尘埃足够厚,可以形成最终生成成恒星的旋转的团块。
蛇夫座星云复合体
IRS63属于恒星形成过程中的一级星,只有不到50万年的历史。它已经完成了主要的吸积阶段,拥有了大部分的终极质量;毫米的波长让它光芒耀眼,它也是同类星中最亮的原恒星之一。
此外,IRS63有一个大圆盘,可以延伸到大约50个天文单位。这些特性加上它的可及性,使该天体成为研究恒星和行星形成的绝佳目标。
蛇夫座恒星形成区(图片来源:欧洲南方天文台/数字化天空调查2)
德国马克斯•普朗克地外物理研究所的天文学家多米尼克•塞古拉-考克斯(DominiqueSegura-Cox)领导的团队利用智利的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列——这种射电望远镜在探测早期行星形成方面有着绝佳的表现——对这颗恒星及其周围的尘埃云进行了仔细的观察。
阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列
在那里,漩涡状的圆盘中,研究小组发现了一个惊喜:以原恒星为中心的两个黑暗的同心空隙——天文学家们认为这是行星形成的标志。
行星的形成是一个鲜为人知的过程。最普及的模型是核心吸积——圆盘中的灰尘颗粒逐渐积累,首先通过静电粘附在一起,然后随着自身的增大通过引力吸附在一起。当这种情况发生时,原行星沿它的轨道将所有物质卷起来,从而在环形星盘上形成空隙。
在我们以足够高的分辨率拍摄的几乎所有光盘中,都检测到了这种空隙。但是这个模型存在一个大问题——行星以这种方式形成需要很长时间,而年龄超过100万年左右的原恒星盘似乎没有足够的物质来形成已知的系外行星群。
天文学家们发现了超过35个100万年左右的二级原恒星系统,它们已经失去了大面积的尘埃云,但其中仍有原恒星盘和活动明显的空隙。它们在形成的100万年中就生成如此发达的空隙,表明恒星在这个年龄段时,行星的形成过程正在有条不紊地进行着。
银河系A2744-YD4艺术渲染图
如果多米尼克•塞古拉-考克斯(DominiqueSegura-Cox)和她的团队检测到的这种结构是由行星创造的,那么这个结果就会支持上述想法,并为原恒星盘的质量流失问题提供一个解决方案。
研究人员在论文中写道:“最近对二级圆盘的尘埃质量测量也表明,在从小于0.1到100万年的时间尺度上,如果极大的质量被锁定在行星星体中,那么这种现象就解释了我们观察到的尘埃消耗。”
与这些二级圆盘中的空隙相比,IRS63周围圆盘中空隙的对比度较低,表明它们含有更多的物质。因此,从上述空隙中推测到的原行星正处于较早的发育阶段。
(图片来源:塞古拉-考克斯及其团队,《自然》2020年)
研究小组还计算了造成他们所看到的空隙所需的潜在原行星的质量。距离恒星19个天文单位的那个较近的空隙,应该是由一个质量为木星的0.47倍的天体创造的。而距离恒星37个天文单位的那个较远的空隙,则是由一个质量为木星的0.31倍的天体创造的。
这样的质量已是估值的上限,但即使是稍低的估计值也已经是极大的天体了——毕竟地球的质量只有木星的0.003倍。这实在出人意料,因为在我们的行星模型中,如此迅速的吸积过程面临着巨大的障碍。
研究人员指出,另一种可选的解释是行星尚未开始形成。相反,这些空隙可能是由一种被称为径向漂移的现象造成的:圆盘中的气体产生阻力,使尘埃和岩石颗粒失去角动量,开始向恒星漂移。这实际上被认为是行星形成的障碍,因为行星的形成速度要比径向漂移快。
但是气体的密度不一定是均匀的,气体径向表面密度的局部最大值会形成尘埃的“陷阱”。所以有可能这些空隙是由向内移动的尘埃造成的,而圆盘中密度较大的环就是这些气体压力最大值的陷阱。
按照这种解释,这些厚厚的、尘土飞扬的圆环会产生更高的尘气比率,导致加速吸积区的形成——所以说,它们更像是原行星的原型。
无论是哪一种解释,该团队在IRS63周围的圆盘中观察到的很可能是行星形成的结果——这一过程的开始时间比我们之前见过的时间早很多。
艺术渲染图——原行星盘包围着一颗正在形成的婴儿星
研究人员在论文中写到:“即使在最保守的情况下……这些特征也表明尘埃开始在圆盘特定的半径处聚集。圆盘的结构很可能在恒星形成过程的早期对行星进化产生影响。”
“一级原恒星依然被包裹在大面积的气体和尘土中,可以随着物质的吸积来补充圆盘,这表明如果IRS63圆盘中的行星形成已经开始,那么行星和原恒星很可能从早期开始就一起生长和演化。”
该研究已发表在《自然》杂志上。
BY:MICHELLE STARR
FY:AngelinaWu
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为什么说类地行星、类木行星、冰巨星是恒星系里奇特的存在
著者:黄姤(@外空生物学) 著述:黄媂(@太空生物学)
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「行星」是什么?
「行星」这个词的由来是由于这种天体会在宇宙中移动,它们就好像附有生命力般每时每刻围绕着恒星移动着,太阳系8大行星它们的公转方向全部与太阳的自转方向相同都是自西向东的,自转方向除了金星、天王星是自东向西的以外,其它6大行星都是自西向东进行自转的,2006年8月24日之前天文学定义「行星」的条件是:
1.质量要足够大、2.体积要足够大、3.外表要呈现出近似于球体的外形、4.不可以发生核聚变反应、但是用这些条件定义出来的「行星」遭到很多天文学家反对,这个备受争议的问题一直不能在科学的层面上达成共识,因此这个问题也成为了2006年《国际天文学联合会》大会讨论的重点,于是在2006年8月24日的会议上把「行星」的定义决定下来了:
1.必须要是围绕恒星运转的天体且不能是卫星、2.必须要有足够大的质量以至于可以克服固体应力达到流体静力平衡的球体状、3.必须要有清除公转轨道附近区域小天体的能力,公转轨道附近区域范围内不可以有比「行星」更大的天体、图解:2006年8月24日之前行星的定义不能达成共识
第26届《国际天文学联合会》大会上的决定
太阳系里的行星按照围绕中心点(太阳)旋转的顺序从远到近依次为:海王星、天王星、土星、木星、火星、地球、金星、水星,这8颗行星当中有5颗是可以直接用肉眼观看到它们分别是:水星、金星、火星、木星、土星,由于距离太过于遥远了肉眼根本不能看到天王星和海王星。
在2006年8月24日之前,全世界的人都承认了太阳系中是存在着9大行星的,「冥王星」就是从行星行列中被降级的“行星”,由于2005年发现了一颗距离比它更遥远、体积比它更大的天体,这颗名为「阋神星」的天体在当时测得的体积比「冥王星」略大,正是这个原因导致「冥王星」被降级成为矮行星。事实上,「冥王星」的体积是比「阋神星」大的,但是质量是略小于「阋神星」。
天文学家不可能把「阋神星」命名为“第10大行星”,原因是因为假如在太阳系里再发现类似「冥王星」与「阋神星」这些天体,天文学家不可能将它们全部归类为行星,因此在2006年8月24日举办的第26届《国际天文学联合会》大会上通过投票的形式将行星的定义更改了,并且把「冥王星」和「阋神星」归类为矮行星。
2010年采用恒星掩星的方法对阋神星的体积进行测量,测得的结果显示「阋神星」的直径约为2326±12千米,质量为:1.66✕10^22千克。2015年7月NASA的“新视野”号测得「冥王星」的直径约为2377±4千米,质量为1.47×10^22千克。八大行星共同组成了一个围绕太阳旋转的行星系
太阳系的主要成员主要有1颗恒星、8颗大行星、185颗卫星、矮行星、彗星、小行星以及一些不同形状的星际物质,这些天体共同组成了一个星系以下级别的天体结构,天文学称之为——太阳系。其中8大行星一共可以分成三类,分别是:类地行星、类木行星以及冰巨星。
类地行星——顾名思义就是类似于地球的行星,类地行星一共有4颗,它们分别是火星、地球、金星以及水星,类地行星一般都是比较临近太阳的,类地行星的特点就是体积和质量都特别小、但是物质的密度较大并且表面温度也较高。这4颗类地行星不仅体积相当,而且它们都是由岩石构成的,既然地球可以孕育出生命,那么其它3颗类地行星也极有可能会诞生生命。从某种意义上说,类地行星其实就是岩石行星。
类木行星——在太阳系中体积最大的行星莫过于木星和土星了,排名第一的是木星,排名第二的是土星,类木行星与地球一样表面都是有一层浓厚的大气层包裹着,与地球不同的是类木行星的大气层下面却并没有坚实的表面,但是却有着一片温度极高的“海洋”,与地球不同的是组成这片海洋的并不是海水,而是我们熟知的化学元素·氢,这些液态状的氢就是木星和土星的主要成分,从某种意义上说,类木行星其实就是液态行星。
冰巨星——在太阳系中温度最低的行星莫过于海王星和天王星了,虽然天王星距离太阳的位置比海王星近,但是温度却比海王星的低,海王星以零下218摄氏度位居第二名,天王星以零下224摄氏度位居第一名,冰巨星也和类地行星、类木行星一样也拥有一层层深厚的大气层,不同的是这层大气层的主要成分是氢分子,冰巨星的表面被一层非常厚的胺冰、甲烷冰长年覆盖着,冰层之下就是坚硬的球核。从某种意义上说,冰巨星其实就是冰晶行星。
属于类地行星的火星、地球、金星以及水星,由于它们的分布区域被火星与木星之间的小行星带分割开了,因此天文家也称它们为内太阳系行星。属于类木行星的木星和土星,由于它们的体积太过于庞大,因此天文家也称它们为巨行星。属于冰巨星的海王星和天王星,由于它们是通过望远镜发明发现的,因此天文家也称它们为远日行星。
「行星环」
在太阳系当中拥有行星环的行星不只是只有土星,其中木星、海王星、天王星都是拥有行星环的,只不过这3颗行星的行星环并不突出,所以很难看到它们的环。行星环这种环形结构是围绕着行星运转的物质环,物质环是由上万甚至上亿块岩石、冰块等共同组成,因为它们也会反射太阳光而使得它们发光,因此称它们为——「行星环」。「行星环」的存在不仅表明了行星的独特之处,还为天文学家提供了研究太阳系早期起源以及演化的过程提供了重要的线索。
「行星」是如何形成的?
早期的宇宙是处于一种非常混沌的状态,空间中到处弥漫着星际尘埃,其实每一个行星都蕴含着非常多的星际尘埃,因为行星都是由这些尘埃组成。
举例说明:
太阳系大约在50亿年前就存在着非常多星际尘埃,这些微小的尘埃它们之间会相互碰撞从而使得它们会互相结合在一起,经过长时间的碰撞、结合于是就形成了大量的「行星胚」也称为「星子」,这些「行星胚」广泛分布在太阳系里,早期的太阳系至少拥有超过几十亿的「行星胚」,它们都有一个共同的特点,那就是它们都围绕着位于太阳系中心区域的太阳作公转运动。
尘埃与尘埃之间会互相结合,「行星胚」与「行星胚」之间也会互相结合。以下就是两种情况,无论是哪一种情况,最终的结果都是一样。
假如两个「行星胚」的体积大小差距很大,但是它们运动的速度都差不多,那么「行星胚」碰撞之后体积较小的「行星胚」就会被体积较大的「行星胚」吞没而合为一体,因此较大的「行星胚」体积就会变得越来越大。
假如两个「行星胚」的体积相差不大,但是它们运动的速度都非常快,那么「行星胚」碰撞之后彼此都会解体变成许多小石块,小石块又会被大的「行星胚」吞没,随着时间的发展太阳系里的「行星胚」数量就变得越来越少了,直到演化成今天我们所熟知的太阳系。大行星就是当时比较大的「行星胚」所演化的结果,而那些还没被吞没的小石块就演化成了小行星。
下面我来谈谈另一个关于行星是如何形成的比较受争议的话题——赖安奥利里和阿维利奥伯这两位是来自于美国哈佛史密森天文物理中心的科学家,他们坚信位于银河系中央的小型黑洞以超光速的速度向外喷射出大量行星,行星是在黑洞中诞生的。
宇宙中的“无底洞”就是用来形容黑洞这种引力极强的天体,这种天体之所以会称它为黑洞,完全是因为任何物质一旦落入它的事件视界范围内就无法再挣脱出去了,这种天体的引力能够吸住任何物质包括光,因此黑洞是无法被直接观测到的,证明黑洞的存在只能是通过测量它对周围天体的作用和影响,从而间接观测和推导它的存在。
赖安奥利里和阿维利奥伯认为能够喷射出行星的黑洞它的质量只有太阳的10倍,是一种小型黑洞。目前我们的银河系中央至少存在上以亿计的小型黑洞,它们都是围绕在特大质量黑洞附近的,当那些把行星喷射出银河系时的小型黑洞它们会进一步接近特大质量黑洞,这就好比是小型黑洞向特大质量黑洞前行的推进器,那么宇宙中到底有多少个黑洞可以喷射行星以及黑洞是如何排斥喷射行星的,这点赖安奥利里和阿维利奥伯也不能够解释,这个只能有待于科学的继续探索和探研。
行星家族里的小成员
「小行星」是一种和大行星一样环绕着太阳公转的天体,但是小行星的体积和质量比行星小得多,因此被称为「小行星」,在火星和木星之间有一片区域大约存在几十万颗小行星,因此称为「小行星带」,不是所有的小行星带都称作小行星带的,比如海王星以外的那一片区域被称作为「柯伊伯带」。目前太阳系内发现的小行星数目有约70万颗,但是这个数量与银河系存在的恒星相比简直是小巫见大巫,因为银河系内存在的恒星多达4000亿颗。
天文学家对小行星的了解并不多,所能研究的样品实在是少之又少,科学家只能对坠落到地球表面的小行星作研究,通过分析它们的成分以及年龄来了解有关它们的一切,那些坠落到地球表面的小行星称为「流星体」。当流星体以极高的速度闯进地球的大气层时,由于流星体的表面会与空气发生剧烈的摩擦,导致流星体以温度极高的状态气化一些物质,因此它们看起来会发出耀眼的强光,这就是人们喜欢看的「流星」,一些体积较大的流星体在进入大气层后并没有完全被气化,当它们掉落在地面时这个时候就称作为「陨星」。
图解:流星体的表面会与空气发生剧烈的摩擦,导致流星体以温度极高的状态气化一些物质
黄姤结语·辟谣
我在很多科普节目里看到过一些作者把「小行星」比喻成一块完整单一的岩石,其实这种说法是不严谨的,因为小行星的密度是低于岩石的,从一些探测器所拍到的照片可以清晰看到一些体积较大的小行星它们的表面存在高高的环形山,比如2014 EC上面的环形山就表明了它的密度是非常小的,它的组织也是比较松散的,说它是暂时粘合在一起的也不为过。假如2014 EC遭遇了与其体积相当的天体撞击,2014 EC不但不会碎裂反而会与撞击物融合在一起。
图解:2014 EC
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#谣零零计划#
恒星是什么?浅显易懂的了解 #太阳
什么是恒星?恒星是夜晚天空中闪烁的亮点,就像闪闪发光的钻石一样有趣。恒星是巨大的火球,它们发出强烈的光和热,让我们在夜晚看到它们。
恒星是宇宙中的巨型气体球,它们的内部有一种叫做氢的气体,这是宇宙中最简单的元素之一。在恒星的核心氢气变成了氦气并释放出大量的能量,这就是恒星发光和发热的原因。这个过程叫做核聚变,就像恒星的心脏在不停地跳动一样。恒星有不同的颜色,有红色、黄色、蓝色等。
这些颜色告诉我们恒星的年龄和大小,年轻的恒星通常是蓝色的,而老的恒星可能是红色的,有些恒星也会变得非常大,它们被称为巨星。而有些则会变得非常小,它们被称为矮星。恒星之间也有一些有趣的关系,像一些恒星会成对或成群地存在,它们一起绕着彼此旋转,这就像恒星之间的友谊一样,它们互相围绕一起旅行。
现在如果你晚上看到夜空中闪烁的恒星,你可以告诉你的朋友们,恒星是巨大的气体球。它们闪烁的原因是因为它们在进行核聚变释放出能量,和光让我们在夜晚看到它们。这些恒星有不同的颜色代表它们的年龄和大小,有些恒星还会成对或成群存在恒星形成和分类。
形成阶段:恒星的生命周期始于分子云中的气体和尘埃,这些区域中的原始物质逐渐聚集在一起。由于引力作用开始形成一个越来越密集的区域,最终形成了一个恒星的核心。
主序星:一旦核心温度足够高,核聚变开始将氢转化为氦。这个阶段被称为主序阶段,大多数恒星在这个阶段度过了大部分生命周期,太阳就是一颗主序星,而太阳已经存在了约46亿年,还有很多年可以继续发光。
红巨星:随着主序阶段的结束,恒星会膨胀成红巨星,这发生在氢耗尽后恒星开始燃烧氦,红巨星可以非常大甚至可以吞噬附近的行星。这个阶段对于太阳来说将在几十亿年后发生。
超新星:大质量的恒星在其生命周期的末尾可能会发生巨大的爆炸,这被称为超新星爆发。在这个过程中恒星释放出极其强烈的能量产生新的元素并将它们散布到宇宙中。这对于形成其他恒星和行星非常重要。
白矮星和中子星如果恒星不足够大它们可能会在超新星爆炸后坍缩成白矮星,这些星体非常小但非常密集,白矮星非常热但没有能量来源,因此最终会逐渐冷却下来。如果恒星足够大它们可能会坍缩成中子星,密度极高一个茶匙中子星的物质重量可以相当于数百万头大象,它们还可以旋转得非常快。
中子星还可以产生强大的磁场,黑洞:最大质量的恒星最终可能会坍缩成黑洞,这是宇宙中最神秘的存在之一,这是因为它们的引力非常强大连光也无法逃脱,黑洞的存在会改变周围的时空结构,当恒星坍缩成黑洞时它们会形成一个无法见到的区域,恒星的演化与宇宙的发展密切相关,它们不仅是宇宙中的光源还在宇宙的化学演化和结构形成中扮演关键角色。
首先恒星的核聚变过程产生了各种元素,从氢到铁甚至更重的元素,这些元素在超新星爆发时被抛出散布到宇宙中,因此我们自身的构成和地球上的元素都部分源自恒星。我们之所以拥有多样的元素是因为恒星在它们的核心中进行核聚变创造了新的元素并在爆炸时将它们释放出来。
此外恒星的生命周期影响了行星的形成,行星通常形成于围绕年轻恒星的旋转盘内其中的尘埃和气体逐渐聚集成行星,恒星的性质和寿命决定了行星形成的环境和时间,因此研究恒星有助于我们更好地理解行星的起源和演化。
恒星也是宇宙中的地标,它们帮助天文学家测量距离和探索宇宙的结构,通过观测恒星的亮度和颜色我们可以确定它们的距离和性质进而研究更远处的宇宙。此外恒星的研究对于太阳能和核能的应用也具有实际价值,我们借鉴了核聚变的原理来开发清洁能源。
最后了解恒星的性质对于天文学和宇宙学研究至关重要,我们可以通过研究不同类型的恒星来了解宇宙的演化探索宇宙的年龄和结构,甚至寻找外星生命的迹象。