宇宙中一年有多長:最短兩小時最長有16.3萬年
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我們每個人都知道一年有365天。而外星人——如果他們存在的話,他們對於時間的概念或許會跟我們很不一樣。這是因為在有些行星上,一年的時間要比地球上短得多,有些則要長得多。
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為什麼一年的長短會有那麼大的差異?首先行星圍繞運行的恆星的質量大小會有一些影響,因為從本質上來説,一年的長短是以行星圍繞恆星公轉的週期來定義的,而質量較大的恆星周圍的行星的公轉速度也會越快,但在這其中不同行星的軌道距離才是關鍵。美國哈佛-史密鬆天體物理中心的大衞·基平(David Kipping)表示:“基本上,一顆行星上的一年長短是由這顆行星到恆星的距離遠近所決定的。”
在我們的太陽系中,距離太陽最近的水星上一年大約僅相當於地球上的88天。這聽上去好像也挺長,但詭異的是水星上的這一年的長度還沒有它一天的長度長——水星上的一天相當於地球上的176天——是水星上一年時長的兩倍,這是水星自轉緩慢造成的結果。
在太陽系的另一端,考慮到冥王星已經被踢出大行星的行列,海王星作為最為遙遠的大行星,其和太陽之間的距離是日地距離的30倍,圍繞太陽公轉一週(一年)的時長相當於165個地球年。
那麼在這些星球上,新年是什麼時候?換句話説,在海王星的軌道上,什麼時間應該被指定為12月31日?
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在地球上,我們將每年的1月1日定義為新年的開始,這種做法基本上可以説是任意的,但有一種方法可以將其與行星的軌道特徵更加緊密的聯繫起來。這是因為行星的軌道並非完美的圓形,而是稍稍拉長的橢圓。這就意味着在其軌道上存在一個點,此時行星到太陽的之間的距離是最近的,在天文上我們將其稱為“近日點”。而我們就可以將這個近日點規定為新一年的開端。
這就意味着海王星人(如果存在的話)將在地球歷公元2042年慶祝下一次新年,而水星人們則每隔88天就可以過一次年。而我們地球人則是每隔365天才能過一次年。
最長和最短的一年
但海王星也僅僅只能算是我們太陽系中一年時間最長的行星,而如果將目光放寬到整個銀河系來看,外面的情況可能會突破你的想象力極限。不過,在進行這樣的探討時也並非不存在爭議。美國德州大學奧斯汀分校的亞當·克勞斯(Adam Kraus)表示:“當你討論哪一個才是一年時間最長的行星的問題時,很快爭論的話題就會變成究竟什麼才是行星的定義之爭。”
到目前為止人類已經確認發現了超過2000顆系外行星,另外還有大約3000顆疑似目標正等待後續確認。加拿大蒙特利爾大學的瑪麗-伊娃·諾德(Marie-Eve Naud)表示:“目前還沒有關於系外行星的準確定義。”
不過儘管如此,我們還是可以儘可能的將範圍縮小。首先,我們將那些質量超過木星13倍以上的目標排除掉,因為質量達到這一等級的天體一般會被歸入褐矮星的行列。其次,我們堅持認為我們的行星必須圍繞一顆“真正”的恆星運行,或者至少也是圍繞恆星死亡後的殘骸運行,而不應圍繞一顆褐矮星運行。
如果按照以上定義,那麼一年長度的冠軍頭銜將會落到系外行星“GU Piscium b”的頭上。這顆位於雙魚座的系外行星圍繞恆星運行的軌道半徑是海王星軌道的70倍,它上面的一年時長大約是16.3萬年。
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反過來,有時候你會不會自己制定了雄心勃勃的新年計劃,但到了年末卻發現自己根本沒有做到?而如果你生活在一顆編號為PSR 1719-14b的系外行星上,那麼相信你為自己定下的新年計劃應該都能夠“説到做到”,甚至能夠堅持更長的時間,因為這顆系外行星上的一年僅相當於地球上的大約兩個小時。這顆系外行星圍繞一處恆星殘骸(脈衝星)公轉,且距離要比日地距離近約250倍。正是由於這樣的原因,讓PSR 1719-14b成為迄今已知的一年時間最短的行星。
然而這些也非僅僅是簡單的事實而已。基平表示:“事實上一年的長度是我們在研究系外行星時最為看重的指標之一。因為它能夠告訴我們這顆行星距離恆星有多遠,而行星與恆星之間的距離信息又能夠告訴我們它的温度情況。對於水星,你可以很容易猜到它的地表温度會很高,生命難以在其表面生存;而對於木星,你也能猜得到,由於距離太過遙遠,它一定很冷。”
距離的極限
基平表示,從理論上説,一顆行星的運行軌道甚至還可以比雙魚座的系外行星GU Piscium b”更加遙遠,甚至在我們太陽系內的情況可能也是如此,因為唯一限制圍繞恆星運行的行星軌道距離的就是其他的恆星,它們會對這些行星施加引力影響。
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恆星會在宇宙中運動,但目前距離太陽最近的恆星是比鄰星,距離大約是4光年。這也就意味着任何距離太陽小於4光年一半的天體應該都會圍繞太陽運行——這一距離大約相當於海王星軌道半徑的4000倍。事實上,整個太陽系的外圍的確存在一大羣冰凍狀態的小天體,它們一直向外延伸到這一距離上。
理論上而言,行星是可以存在於水星軌道內側的,但也只能如此而已,靠近太陽是有限度的。美國哈佛-史密鬆天體物理中心的斯考特·肯楊(Scott Kenyon)指出,在大約1200攝氏度的環境下巖石會開始蒸發,因此如果水星的軌道再向內側靠近大約4倍,此時水星上的巖石將開始蒸發。而如果你要更加靠近太陽,那麼此時太陽強烈的引力作用將會把這一行星體撕碎。基平表示:“巖石能夠承受的應力大小存在一個極限,超過這個極限巖石就會被撕裂。”這個距離被稱為洛希極限,而對於像水星這樣的巖石行星而言,這一距離值大致相當於水星軌道到太陽距離的1%。
基平表示:“我們認為我們的確觀測到了一些處在這一距離值邊緣上的系外行星。”比如説Kepler-78b,這顆系外行星圍繞恆星運行的週期大約是8.5小時,與恆星之間的軌道距離小於1%的日地距離。美國宇航局開普勒行星搜尋項目主管威廉·布魯斯基(William Borucki)指出,Kepler-78b可能是迄今已知運行於一顆正常恆星周圍公轉週期最短的系外行星。
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恆星會在宇宙中運動,但目前距離太陽最近的恆星是比鄰星,距離大約是4光年。這也就意味着任何距離太陽小於4光年一半的天體應該都會圍繞太陽運行——這一距離大約相當於海王星軌道半徑的4000倍。事實上,整個太陽系的外圍的確存在一大羣冰凍狀態的小天體,它們一直向外延伸到這一距離上。
理論上而言,行星是可以存在於水星軌道內側的,但也只能如此而已,靠近太陽是有限度的。美國哈佛-史密鬆天體物理中心的斯考特·肯楊(Scott Kenyon)指出,在大約1200攝氏度的環境下巖石會開始蒸發,因此如果水星的軌道再向內側靠近大約4倍,此時水星上的巖石將開始蒸發。而如果你要更加靠近太陽,那麼此時太陽強烈的引力作用將會把這一行星體撕碎。基平表示:“巖石能夠承受的應力大小存在一個極限,超過這個極限巖石就會被撕裂。”這個距離被稱為洛希極限,而對於像水星這樣的巖石行星而言,這一距離值大致相當於水星軌道到太陽距離的1%。
基平表示:“我們認為我們的確觀測到了一些處在這一距離值邊緣上的系外行星。”比如説Kepler-78b,這顆系外行星圍繞恆星運行的週期大約是8.5小時,與恆星之間的軌道距離小於1%的日地距離。美國宇航局開普勒行星搜尋項目主管威廉·布魯斯基(William Borucki)指出,Kepler-78b可能是迄今已知運行於一顆正常恆星周圍公轉週期最短的系外行星。
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地球上的一年是365天,但這一數字未來將可能變成兩倍長
最後,如果你現在能夠對自己的“年度計劃”説到做到,那麼請記住一件事:未來地球上的一年將會變成現在的兩倍長。這是因為,再經過大約50億年左右,我們的太陽將膨脹成為一顆紅巨星,屆時地球可能將被太陽吞噬。但也有人認為地球可能可以逃脱這一厄運,因為屆時年老的太陽將在膨脹發生之前便已經通過強烈的太陽風的方式損失了大約一半的質量。
克勞斯指出,如果情況的確如此,那麼屆時地球的運行軌道將位於目前的火星軌道稍外側,圍繞太陽公轉一週大約將需要現在的兩年時間。到時候你就會發現要堅持你的年度計劃那麼久真是好難。
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