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茫茫宇宙,为啥飘荡着这么多石头,由石头组成的行星有几多?

本文基于回答网友问题:宇宙中大部分行星都是石头,那么问题来了,这些石头是从哪里来的?

这个问题本身的立论就是错误的,因此所谓“那么问题来了”,就与前面的立论无关了。

这里的“那么问题来了”的问题,是建立在“大部分行星都是石头”的认知上,只是一种无凭无据乱下的结论,因此后面的“问题”就来路不明了。

为了澄清此类错误认知,这里还是来说说一些基本常识。

首先,大部分行星并不是石头

就拿太阳系来说,有8大行星,其中有4颗类地行星,也就是所谓有一层岩石固体外壳的行星,它们从太阳由近及远的排列是水星、金星、地球、火星;除了这些具有石头外壳的行星外,还有4颗类木行星,也就是主要由气体组成的行星,它们都在火星轨道以外,由近及远排列分别是木星、土星、天王星、海王星。

这样我们就看出,即便在太阳系,也不全是石头行星,按数量来看,也是4:4打了个平手。但如果按质量呢?石头行星就是小巫见大巫了,4颗类地行星的质量总和,也没有这些气态行星中的最小一个大。

最小的一颗类木行星是天王星,其质量为8.681*10^25 kg;4颗类地行星质量分别为:水星质量约3.3011*10^23 kg,金星质量约4.8675*10^24 kg,地球质量约5.97237*10^24 kg,火星质量约6.4171*10^23 kg。这样以地球为老大的4颗类地行星加起来,总质量才约为1.18*10^25kg,只有天王星质量约13.6%。

而4颗类木行星加起来的质量约2.65576*10^27kg,是4颗类地行星加起来总质量的225倍。其中木星是太阳系最大的行星,其质量是地球的318倍,是所有行星加起来质量的2.5倍。在太阳系中,太阳这个等离子体气态星球就占了总质量的99.86%,木星占太阳系总质量的0.1%,地球只占有整个太阳系质量的0.0003%。

类木行星中也有石头吗?

当然有,但不多。

类木行星或者说气态行星,是指没有一个固体表面的行星,其核心处也会有一个岩石内核。但这个内核比较小,一般在地球直径的1~3倍左右,只是占气态行星质量很小一部分。而气态行星从大气层到内核,也并非完全是气体状态的,因为这些行星质量和体积都巨大,随着大气层往核心的不断深入,压力会越来越大,温度也越来越高,在这种高温高压下,气体也会相变成液态或者金属态。

木星半径约7万公里,木星核心上面,就有数万公里厚的金属氢,再上面是数万公里厚的液态氢。其核心温度高达3万℃;土星内部也和木星类似;天王星、海王星大气层深处,会有甲烷水冰海洋和钻石海洋存在,这些物质在高压下,即便呈现液态,也是密度极高温度极高的。

所以,在宇宙中,石头行星只占极少数。

在类木行星的卫星中,以及距离太阳遥远的柯伊伯带,由于温度极低,许多星球更多的是冰态,如木卫二、土卫三、冥王星等,都是一个冰球,被厚厚的冰层覆盖。但这些冰并不一定就全部是水冰,如冥王星表面平原就是由98%以上的氮冰、微量的甲烷和一氧化碳覆盖。

因此,不但行星,就是卫星和小行星,石头组成的也是极少的。这与宇宙中元素丰度有关,整个宇宙,氢和氦占据了98%以上,其他重元素只有1%多点,这就决定了宇宙天体组成中,由重元素组成的极少。

恒星是制造物质元素之母

一切物质都是由元素组成,这就不得不说说宇宙中的元素从何而来。现在已知,我们宇宙中存在118种元素,这些元素都是恒星演化过程生成的。

在宇宙大爆炸开始那一刻,只有能量,没有元素,现在的所有元素都是从能量中转化过来的,严格符合爱因斯坦质能方程的描述和计算。大爆炸一开始,物质就开始生成,但由于处于极高温度极高密度状态,只能逐步生成一些基本粒子,无法形成原子。

一直到大爆炸38万年后,宇宙经过膨胀和冷却,温度降到3000K以下,电磁波(或者说“光”)才从高温高密的宇宙中脱耦而出,宇宙开始变得透明并可观测,现在观测到的宇宙微波背景辐射就是那个时候发出的。

这时,所有物质的基础~中性原子终于开始生成了。但那时,还只能生成最轻最简单的元素,也就是在元素周期表里序号为1、2的元素氢和氦,还有极微量的3号元素锂。这些元素组成的粒子在宇宙中飘荡,在万有引力作用下相互靠拢,渐渐形成了原始星云。

这些星云在引力作用下不断收缩,第一颗恒星就在星云中诞生了。随后宇宙恒星不断涌现,宇宙中就充满了恒星,恒星聚集成为星系(有人称之为宇宙岛),渐渐宇宙就形成了我们今天看到的样子。

恒星是发光发热的等离子球体,由于其巨大的质量形成巨大的向心收缩压力,导致核心压力和温度很高,这样就激发了氢核聚变,恒星通过核聚变不断形成更重的元素,如从氢到氦,再依次到铍、硼、碳等,中小质量恒星温度和压力,只能到此就结束了。

大质量恒星核心温度和压力极高,还会一路激发更重元素核聚变,按顺序生成氮、氧、氟、氖、钠、镁、硅、磷、硫、钙等更重元素,一直到26序号的铁元素。

再大的恒星核心核聚变也只能制造出最重到铁元素了,至于为什么,说来话长,过去已有过多次解释,这里就不扯了。

比铁更重的元素哪里来?

如果宇宙中没有更厉害的事件发生,我们世界就只有26种元素,虽然这时候已经有了制造石块的元素钙和硅了,但地球生物都是由几十上百种元素组成的,没有后续重元素生成,就不可能有生命出现,也就没有我们这些观测宇宙并评头论足的人类了。

幸好,宇宙中还有超新星大爆发和大质量致密天体相撞等事件,这些事件会导致更厉害的压力和温度,这样,铁以上还有的92种元素就在这些极端宇宙事件中诞生了。

这些极端事件生成的这些元素,在宇宙中相互吸引碰撞凝聚在一起,就形成了各种宇宙天体,包括石块、冰块、铁块、金块等等,当然许多时候这些物质都不是纯净的单一物质,而是一些混合物或者化合物。

这就是宇宙中石头的来历,也是地球的来历。

太阳系不是在纯洁的原始星云中诞生

从前面介绍,我们知道了宇宙原始星云中的元素只有氢和氦,还有极微量的锂。而太阳系成分复杂,有着宇宙全部118种元素,因此就不可能是从这种原始纯洁的星云中诞生的。

星云是恒星之母,所有的恒星系统都是在光年级的巨大星云团中凝聚而成。从宇宙元素的生成和来历,我们就可以推断出太阳系不是从只有氢和氦的原始星云中诞生的。如果只有氢和氦元素,就不会有地球,更不会有生命的出现。

所以,科学推断认为,太阳系是超新星大爆发或者大质量天体撞击等极端事件,飘散到太空的基本粒子,重新凝聚成的再生星云中诞生。而且,这种爆发事件很可能发生过多次,才诞生了太阳系。

任何恒星系统形成之初,在恒星形成时都会产生巨大的辐射压,或者称之为恒星风,这些强大的恒星风会把靠近的星际物质吹远,越轻的物质就吹得更远,而较重的物质就吹得不够远。

因此太阳系几颗靠近太阳的行星,又叫内行星,是由太阳风没有吹远的更重物质组成,呈现为岩石星球;较远的外行星则主要是由被太阳风吹远的更轻元素组成,呈现为气态星球。

说了这么多,不知有这些疑问的人解惑了没有?如果还有问题,欢迎留言讨论,感谢阅读。

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