根据现有的物理定律，能存在一个比地球体积大多少的固体星球？ 第1页

根据目前的理论，在 B 型和 O 型恒星（5~120 倍太阳质量的大质量恒星）附近有概率形成质量达千倍地球质量的固体行星，因为这些恒星周围可以产生规模巨大的原行星盘，而且强烈的恒星风和紫外辐射可以从靠近恒星的原行星盘中推开气体。如此形成的固体行星的体积可以达到地球的数百倍；

宇宙中还有许多甩出恒星系外的“流浪行星”和远离恒星的褐矮星。在低温下经过足够长的散热时间，气体行星和褐矮星上的氢气、氦气之类可以变成固体。固态氢的密度只有 86 千克每立方米，不考虑特殊技术制备，是已知密度最小的固体。目前宇宙中大概还没有冷却到那地步的褐矮星，但你可以预期将来会有，那样可以很容易地批量提供上千倍地球体积的“固体星球”。

在质量增加到一定地步时，由于中心附近的物质压得非常紧密、依赖电子简并压支撑，行星的体积会随着质量增加而缩小，其极限体积取决于材料。

按当前理论，计算机模拟的固体行星的质量-半径关系图^[1]：

纵轴为固体行星半径和地球半径的比值，也就是二者体积比值的立方根。横轴是固体行星质量与地球质量的比值。

线对应的行星材料：

• 纯氢（绝对零度下的理论值，下同）——青色实线；
• 含 25% 氦的氢氦混合物——青色点线；
• 水冰——蓝色实线；
• 75% 水冰、22% 硅酸盐、3% 铁——蓝色虚线；
• 45% 水冰、48.5% 硅酸盐、6.5% 铁（类似木卫三）——蓝色点划线；
• 25% 水冰、52.5% 硅酸盐、22.5% 铁——蓝色点线；
• 硅酸盐（MgSiO3 过氧化物）——红色实线；
• 32.5% 铁、67.5% 硅酸盐（类似地球）——红色虚线；
• 70% 铁、30% 硅酸盐（类似水星）——红色点线；
• 纯铁（ε 态）——绿色实线。

蓝色三角形表示太阳系现有的行星，从左到右是火星、金星、地球、天王星、海王星、土星、木星，水星太靠近原点就没画。品红色方块表示通过凌日法观测的系外行星。

可见海洋行星也有概率在低温下整出五六百倍地球体积。

在温度高于绝对零度的现实中，上述体积可以再膨胀一些。

不喜欢固体氢、固态水的话，冥府行星也能挑战数百倍地球体积。

• 低于 5 倍地球质量的行星通常会是岩石行星，超过 10 倍地球质量的行星则会成为类海王星或气体行星，这是因为后者的引力能束缚氢气分子。一些学者建议，在足够靠近恒星的情况下，类海王星或气体行星的气体可以被恒星大量驱散，直到露出固体核心，称为“冥府行星”。
• 疑似这样形成的 TOI-849b 质量约为地球的 39.09 倍，半径约为地球的 3.44 倍，体积约为地球的 40.75 倍。
• 气体行星 Corot-20b 的岩石核心可能有 600~800 倍地球质量。

白矮星、黑矮星之类恒星残骸可以算做“固体星球”，但体积远没有上面谈论的巨型行星那么大。

参考

1. ^S. Seager et al 2007 ApJ 669 1279 https://arxiv.org/pdf/0707.2895.pdf