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宇宙中有可能出現1光年半徑的星球嗎?

什么叫光年?光年是個長度單位,是光在真空中走一年的距離,光的速度大約為30萬千米/秒,1光年≈9.46X10^12千米=9.46萬億公里。假如這個星球存在,半徑為一光年,直徑就是2光年,將近19萬億公里。

為了直觀理解這個大小,咱們作個比較

地球的廣大我們都知道,地球直徑大約13000公里,太陽直徑是地球的109倍,為139萬公里,

地球和太陽比較

而目前已知體積最大的恒星是大犬座的VY,直徑是太陽的1800――2100倍,約28億公里 。

太陽和VY星比較

這么大的體積的恒星,其直徑也只占這個2光年星球的1/6800。差了不少。當然據說現在最大的恒星是位于麥哲倫星系的蜘蛛星云的中心地帶的藍特超巨星R136a1。直徑有說為太陽的3200倍,但不確定。但這比直徑2光年的星體仍然差了不少。

為了能找到這類星體,咱們先確定星體的種類,排除一些不可能的。

首先,行星衛星是不可能的,因為如果體積大,相應的質量也大,但過大的質量就變為恒星了,所以只能先從恒星里找,因為恒星不管是質量還是體積都大于行星,還有人說黑洞,這是種誤解,黑洞是一個極端天體,質量是夠大的,但它體積卻很小,甚至就是一個“點”,平常所說的黑洞大小指的是視界半徑,所以嚴格說來,黑洞不算星體。

理論上常規意義的天體質量和體積上限

根據天體平衡原理,科學家觀察和計算單個天體質量的上限應為150個太陽質量,如果大于這個限度,這個天體會因自身引力過于強大,不能保持穩定,會出現膨脹――收縮的脈動,每一次脈動,都會讓天體損失一部分質量,直到質量達到150倍太陽質量,這個天體才能穩定存在,目前已經發現幾個180倍太陽質量的天體,但都在脈動。所以150倍太陽質量應該是天體質量的上限了。

因此天體的體積可能也會存在上限,當然這決定于天體的密度、狀態和引力的特征,首先引力雖然是長程力,理論上引力能束縛住物質的范圍是無限的,但實際上目前發現最大體積的天體就是上面說的大犬座的VY,它的半徑相當于土星的軌道半徑。體積再大,引力就束縛不住物質了。當然這是以大犬座VY天體的密度和質量來衡量的(VY天體質量大概是17一25倍太陽質量,平均密度為5――30毫克/米),如果把VY天體質量算作20倍太陽質量,密度算作20毫克/米,我們假定有一個天體質量為150――180個太陽質量上限,是VY天體的9倍,密度和VY天體一樣為20毫克/米,

假想天體

根據g=GM/r(其中g為天體表面的引力加速度,G為引力常數,M為天體質量r為天體半徑),天體質量變為9倍,g要想保持不變,半徑必須變為3倍,天體直徑變為28X3=84億公里,仍然只能是直徑2光年天體的1/2200,這個天體的密度20毫克/米,比地球空氣的密度1290000毫克/米小多了,肯定已經是個氣態超巨星,所以從常規意義上說,這是常規概念單個天體最大的體積了,是不可能達到半徑為1光年的。

實際上天文界對星體的體積的確定有很大的爭議,比如大犬座的VY:

絕大多數人認為它是一個巨大明亮的紅超巨星,但有人認為它只是一顆普通的紅巨星,直徑只是太陽的600倍,因為它的密度隨深度發生變化,核心因為進行核融合所以密度極高,而表面的密度少于地球海平面氣體密度的千分之一。甚至比地球高層大氣的密度還要低。但按照第一種紅超巨星的觀點,質量和體積之比得出的密度是符合氣態恒星的標準,這代表在技術上確定星體半徑的兩難狀況。

如果把絕大多數類似紅超巨星定義半徑的觀點稱為廣義半徑,也把星體的概念推廣到不止恒星、行星,那么宇宙間還真有一億光年半徑的星體。

蟹狀星云

例如蟹狀星云這樣的“超新星遺跡”就有一個極高密度的“核心”(中子星)和周圍廣達11光年的“大氣層”,它的半徑足有22光年。遠遠超出題目所出的半徑大小(實際上,大犬座ⅤY恒星最后很可能演化為黑洞,來一次超新星爆發,其“超新星遺跡”可能就會超過2光年直徑星體)。

超新星遺跡

再比如太陽,太陽半徑的界定從未將日冕算進去,而問題是日冕的溫度和密度都比大犬座的ⅤY恒星要高,厚度幾百萬公里,這要從廣義上來定義太陽直徑足有近一千萬公里了。但天文界至今尚未建立一個恒星噴發層是否屬于恒星半徑范圍的分界線。所以題目所說的半徑為一光年的星體有沒有可能出現完全在于概念的界定。

另外如果原始星云也算星體的話,那么在恒星系形成初期星云直徑都不小,原太陽星云就有1萬億――3萬億公里,

以此推算,只要形成約恒星質量是10個以上太陽質量的星云的直徑都能很輕松地達到2光年。

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