因此 , 为了使系统中的行星数量最大化 , 必须使行星尽可能小 。
相反的方向行星的大小是最大化可以适应工程系统的轨道数量的关键 。 然而 , 我们可以利用另一个聪明的技巧来增加一些额外的轨道 , 而不管行星的大小:改变它们围绕太阳移动的方向 。
在当前的太阳系中 , 每颗行星都以相同的方向围绕太阳运行 。 这是因为行星是由一大团尘埃云形成的 , 它们围绕太阳以相同的方向旋转 。 然而 , 在我们设计的太阳系中 , 可能会有行星以相反的方向绕太阳运行 , 称为逆行轨道 。 但这个想法有些天马行空 , 由于行星形成方式的性质 , 逆行轨道在自然界中可能不存在 。
也就是说 , 如果两颗行星以相反的方向绕太阳运行 , 它们之间的引力会稍微减弱 , 并且它们轨道之间的最小安全距离可能会减小 。
如果两颗不同轨道的行星朝同一个方向运动 , 那么它们在经过时相遇的时间就会更长 , 从而产生更大的引力反冲 。 但是 , 如果它们朝相反的方向前进 , 它们会相互放大并相互作用更短的时间 , 这意味着它们可以更靠近在一起而不会发生碰撞或散射 。
因此 , 如果我们将工程系统中的所有其他轨道都设为逆行轨道 , 就像相邻人员沿相反方向移动的旋转木马一样 , 我们可以最大限度地减少每个轨道之间所需的空间 , 并在此过程中挤入额外的行星 。
共享轨道到目前为止 , 我们一直假设我们设计的太阳系中的每个轨道 , 都只包含一个行星 。 然而实际上有可能有多个行星共享一个轨道 。 我们可以在当前的太阳系中看到一个例子 。
木星有两个小行星群 , 被称为希腊行星和特洛伊行星 , 它们共享它的轨道 。 这些星团位于这颗气态巨行星绕太阳运行时前后约 60 度角 。 然而 , 天文学家认为有可能让行星以类似的方式共享轨道 。 他们将这些理论世界称为特洛伊行星 。
人们正在系外行星系统中积极寻找这些特洛伊行星的例子 , 因为它们预计会自然形成 , 然而 , 目前还没有观察到 。
如果我们想在我们的工程太阳系中最大限度地增加行星的数量 , 我们将希望拥有尽可能多的这些特洛伊行星 。 然而 , 就像你可以围绕太阳运行的轨道数量一样 , 你可以在一个轨道上运行的行星数量必须足够间隔以保持稳定 。
显示 42 个地球大小的行星共享一个轨道的图表
在 2010 年发表在《天体力学和动力天文学》杂志上的一项研究中 , 一对天文学家使用希尔半径计算出有多少行星可以共享一个轨道 。 他们发现有可能有多达 42 个地球大小的行星共享一个轨道 。 此外 , 就像系统中的轨道数量一样 , 行星越小 , 你就越能适应相同的轨道 。
当然 , 这么多行星自然共享一个轨道的可能性几乎为零 , 因为每颗行星都需要完全相同的大小并且同时形成才能保持稳定 。 但是在一个工程化的太阳系中 , 这种水平的共轨结构是可能的 , 并且会大大增加我们可以挤入的行星数量 。
显示由于行星大小而可用的轨道和特洛伊行星数量的图表;地球大小的十分之一(左) , 地球大小的行星(中) , 比地球大十倍的行星(右)
理论最大值
现在我们已经了解了设计一个充满行星的太阳系所需的关键变量 , 现在是时候计算一下这些数字 , 看看我们可以在其中容纳多少行星了 。
幸运的是 , 已经使用计算机模拟为我们完成了这项工作 。 然而 , 重要的是要注意 , 尽管这些计算是基于天文学家用来创建合法模拟的理论 , 但这些模型没有经过同行评审 , 应该带着一点好玩的怀疑态度来看待 。
为了最大限度地增加行星的数量 , 工程系统将距离太阳延伸到 1000 个天文单位 (AU) 。 (一个天文单位是从太阳到地球轨道的平均距离 , 大约为1.5 亿公里 。 )
目前 , 太阳系的定义边缘 , 也称为日光层 , 距离太阳大约 100 个天文单位 , 但太阳的引力影响可以延伸得更远 。 更重要的是 , 该模型使用具有交替逆行轨道的大小相同的行星 。
显示绕太阳运行的地球大小行星的最大数量的图表(57 个轨道 , 每个轨道包含 42 颗行星) 。 蓝线表示正常轨道 , 红线表示逆行轨道
考虑到所有这些 , 如果你使用地球大小的行星 , 你可以容纳 57 个轨道 , 每个轨道包含 42 颗行星 , 总共有 2394 颗行星 。 然而 , 如果你使用的是地球大小的十分之一(与火星质量大致相同)的较小行星 , 则可以容纳 121 个轨道 , 每个轨道包含 89 颗行星 , 总共有 10769 颗行星 。 如果行星的大小与月球一样大(地球质量的百分之一) , 则可以有 341 个轨道 , 每个轨道包含 193 颗行星 , 总共有 65813 颗行星 。
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