按目前对恒星,行星的定义,在稳定的恒星系中,一颗恒星最多可以带多少颗行星?

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按目前对恒星,行星的定义,在稳定的恒星系中,一颗恒星最多可以带多少颗行星?

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法国天体物理学家 Sean Raymond 有一个行星博客,里面专门研究过这个问题:

The Ultimate Engineered Solar System

总结一下:

首先两颗行星的公转轨道不能太近,不然互相之间会因为引力干扰轨道逐渐变形。因此这个问题的关键在于一个叫希尔半径的概念,一般来说围绕同一颗恒星旋转的多个行星互相之间的间隔至少要在 5-10 个希尔半径才能保持稳定。

这么一来考虑太阳,可以发现其宜居带(液态水存在区间)里可以安全挤下 6 条轨道

以上坐标为 AU,天文单位,即地日平均距离。

你可能觉得这表示太阳系最多可能有 6 颗宜居带行星?想的太简单了,实际上,一条行星轨道上可以有多个行星。

2010 年曾有论文研究过一条轨道上最多可以有几个行星,结果答案是要稳定分布至少要 7 颗,且均匀分布间距不得小于 12 希尔半径,电脑模拟显示轨道上最多可以稳定容下的行星为 42 颗。

组合一下,宜居带总共能塞下 42x6=252 个地球

希尔半径受两个因素影响:

第一是行星的质量,质量越大希尔半径越大,能挤下的也就越少,在上图里

如果考虑质量为地球 10 倍的大行星,那么太阳宜居带只能挤下 3x19=57 个

如果考虑质量为地球 0.1 的小行星,那么太阳宜居带能挤下 13x89=1157 个

第二个因素是恒星的质量

一颗质量只有太阳 1/8 的恒星其希尔半径是太阳的 2 倍,因此能挤下的行星也会少一半。以此类推,巨恒星周围能挤下的行星将会不计其数。

以下只考虑太阳,看看怎么整:

假设行星质量为地球一半(这是能保持类似地球环境的最小质量),那么一条轨道可以塞下 52 颗,然后假设相邻的轨道逆行,这样可以把轨道排得更近一点,然后得到了 416 颗地球的排法。

最后,回到题主的问题,我们不拘泥于宜居带。当然恒星系可以伸展很远,但是大多数恒星周围都有其它恒星,为了不受其引力干扰稳定轨道应该不能超过 1000 天文单位,那么用以上大法在太阳质量恒星周围放置地球质量的行星:

2394 颗!

当然,在自然界是不可能形成这种怪物的,初始参数太过于苛刻。但是也许高等文明可以手搓行星,至少这样的星系在力学上是稳定的,如果手搓出来就可以存在。当然,既然都能手搓了,在外面再丢一个戴森球也许 2000 多颗行星都能宜居也说不定。

如果把行星质量缩小到地球 1/10?

10769 颗!!

最后,如果这些高等文明可以在月球大小的行星(地球质量 1%)上建立生态系统,并能把行星安置到 0.1 天文单位处(星系内能量转移技术?),那么我们将会达到 65000 颗行星绕着太阳运转的奇观。

想象一下在这些行星上发展出的文明,速度最快的那一颗一旦发展出航天科技将会迅速侵占其它行星。做为科幻小说的背景设定也许会很有意思。

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