如果把太陽、木星和地球縮小為直徑3釐米的球體,是固態還是氣態

2021-01-10 星辰大海路上的種花家

如果把太陽、木星和地球縮小為直徑3釐米的球體，那摸起來是固態還是氣態？

太陽是一顆G型光譜的黃矮星，木星是一顆巨型氣態行星，而地球則是迄今為止宇宙中唯一的生命星球，假如將它們都壓縮成3釐米直徑的球體，會變成什麼樣呢？

一、什麼特性決定了天體的性質？

上述三個天體：太陽、木星與地球，包含了天體誕生時候的三個主要發展可能，太陽是恆星，木星是氣態行星，而地球則是巖石質行星，那麼是天體的什麼特性決定了天體的未來的發展方向呢？

質量是決定天體性質的唯一標準

無論是恆星還是氣態行星或者巖石質行星，其誕生時無一例外都是巖石質天體，但在其發展過程中有幾個階段：

1、巖石質天體階段

這個階段三種天體的起點，因為天體的發展需要一個質心！在太空微重力條件下，一顆小行星天體即可成為某個天體的核心，只要星際物質比如其他小行星等密度夠高，那麼這個天體就會逐漸成長，慢慢成長為一顆行星！

行星的標準：能夠清理自身軌道，冥王星不行附近的柯伊伯帶，它無法自行清理，因此它被剔除出了行星行列！

為什麼土星的光環中小行星密度那麼高，不能形成行星？因為這個位置在土星的洛希極限內，天體會被土星的潮汐引力撕碎，最終慢慢掉入土星，土星光環可能會在數億年-十億年後消失！

2、氣態行星階段

當巖石質天體的質量增加方式有幾種，主要方式有引力捕獲與碰撞，前者需要質量扭曲的梯度空間來背書，而後者不需要，因此巖石質天體的門檻是很低的！但氣態行星只有一條路，引力捕獲氣體，這需要天體的質量增加到一定程度以上！

上圖是氫分子與氧分子在27℃時的平均運動速度，大家肯定會發現這速度遠小於地球的逃逸速度11.2KM/S，它們會留在地球上？氫分子不會，而氧分子會，因為密度比較小的氫分子會達到大氣高層，在陽光和高能粒子的轟擊下，很輕鬆就會脫離地球引力的舒服而逃逸，但氧分子相對密度比較大，留在大氣低層，非常不容易被轟擊逃離！

但當行星質量產生的逃逸速度遠超氫分子的熱運動逃逸速度後，這些氣體就老老實實的呆在行星表面了，而此時大量增加的物質與氣體又會賦予行星更大的逃逸速度，未來的走向就是氣態行星！因為誕生恆星系的氣體雲中氫元素豐度比任何一種元素都要高！

3、恆星階段

隨著行星質量的增加，其內核的引力坍縮能加熱機制會讓內核溫度急劇升高，當達到氫元素聚變所需要的溫度與壓力時，恆星即開始誕生！

從三種氣體的形成過程來看，氣態行星是一個關鍵的過渡階段，如果此時有足夠的星雲物質，那麼木星也許有可能成長為太陽系中第二顆恆星，也許會太陽形成伴星，但此時行星會受到兩顆太陽光的輻射，也許很難誕生生命！

二、決定天體性質的另一個要素：密度

很多恆星的質量都遠超黑洞，為什麼它們沒有坍縮為黑洞？因為在內核聚變處存在向外的輻射壓，這個輻射壓是平衡恆星的關鍵要素，如果一顆恆星超過愛丁頓極限，那麼其輻射壓超強，超強的恆星風會導致恆星物質大量流失！但如果恆星失去輻射壓，那麼內核將在沒有輻射壓支撐的條件下坍縮為白矮星、中子星甚至黑洞，而三者的唯一標準仍然是質量！

為什麼還說決定天體的另一個要素是密度？因為我們要討論的問題是將三個天體壓縮為3CM直徑的小球球時它們的特性，此時就需要密度來形容他們的特性，因為這些天體除了太陽外都不能自行坍縮！

1、以太陽的標準只能坍縮到白矮星，但很明顯3CM遠小於太陽白矮星的直徑，那麼它夠標準黑洞嗎？

將各參數代入上述史瓦希半徑計算公式，計算得太陽如果要坍縮為黑洞的話其質量不變，半徑需要壓縮到2.95千米以內！3CM直徑已經遠小於史瓦希半徑，因此3CM的太陽是一個黑洞！

2、木星也可以參考太陽的方式計算下，其史瓦希半徑為2.82M，即當木星被壓縮到2.82M半徑以下時，木星將直接坍縮為黑洞，因此3CM的木星也是一個黑洞！

3、地球的史瓦希半徑為0.00885M，也就是8.85毫米，3CM=30MM，大約是坍縮為黑洞直徑的2倍少一點，因此此時的地球是一顆中子星狀態物質！

當三個天體壓縮為3CM時，太陽與木星都無可避免地成為了黑洞，而地球成為中子星，前者已經不能氣態或者固態來形容，因為它是一個沒尺寸的點，對外唯一的表現形式是引力！而中子星仍然屬於固態，至少在表面是這樣！

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