可以绕太阳运行的行星的最大数量是多少？让我们来一起设计太阳系

太阳系包含八颗行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星，由于其强烈的引力，它们都围绕着太阳。但这是可以绕太阳运行的行星的最大数量吗？还是有更多的空间？

与其他已知的行星系统相比，太阳系包含的行星数量异常多。

根据《系外行星百科全书》，总共有 812 个已知行星系统具有三个或更多已确认的行星，只有一个已知系统 Kepler-90 包含与太阳系一样多的行星。

对太阳系行星的印象，未按比例绘制

很有可能这些系统中的许多都有我们无法探测到的小型内行星，因此太阳系实际上不太可能是我们宇宙邻域中最多的行星系统。但它强调，八颗行星可能接近一个行星系统自然增长的上限。

因此，要计算出行星绕太阳运行的绝对最大容量，我们需要进入理论领域，忽略一些可能限制行星形成数量的自然因素。做到这一点的最佳方法之一是从头开始设计，或设计一个全新的太阳系。

设计一个太阳系

当你谈论一个行星系统中可能有多少行星时，你需要考虑很多不同的方面。 .

行星系统的结构是许多复杂因素的结果，包括恒星的大小、行星的大小、行星的类型（例如，岩石行星或气态巨行星）、数量围绕每颗行星运行的卫星、大型小行星和彗星的位置（例如位于木星和火星之间的小行星带以及海王星以外的柯伊伯带中的小行星）、行星轨道的方向以及太阳剩余物质的数量形成创造行星。一个系统还需要数亿年的强烈碰撞和行星之间的引力拉锯战才能稳定下来。

然而，如果我们是一个超级先进的文明，其技术和资源远远超出了我们目前的能力，那么就有可能绕过这些限制，设计一个包含最多行星数量的太阳系。

在这个理论工程化的太阳系中，我们可以假设可用于制造行星的材料没有限制，并且可以人工生产并随意定位。也有可能移除卫星、小行星、彗星和其他可能使事情复杂化的障碍物。唯一的限制是行星和太阳施加的引力将与它们通常的引力相同，并且行星必须以稳定的配置绕太阳运行，而不会相互干扰。

行星被定义为（a）围绕太阳运行的天体，（b）具有足够的质量以实现流体静力平衡（使其呈圆形），并且（c）已清除其轨道周围的碎片，即根据国际天文学联合会的说法，后者是冥王星不被认为是一颗真正行星的原因。

对围绕遥远恒星运行的系外行星的诠释

大小事项

在一个工程化的太阳系中，行星的最大数量受到在它们开始变得不稳定之前，可以围绕太阳安装的行星轨道数量的限制。

当一个行星系统变得不稳定时，行星的轨道开始相互交叉，这意味着它们可能会相互碰撞或只是重力散射，行星在其他行星周围弹射并被弹射出系统。

稳定系统中不同行星轨道之间的最小安全距离取决于每个行星的大小，或者更准确地说，取决于它的希尔半径。行星的希尔半径是行星与其影响范围边缘之间的距离，在该范围内，质量较小的物体将受到其重力的影响，例如绕地球运行的月球。

对两颗行星相互碰撞的印象

更大质量的行星会施加更强的引力，这意味着它们具有更大的希尔半径。这就是为什么地球和火星轨道之间的距离约为 7,830万公里，比火星和木星轨道之间的距离约5.507 亿公里小约七倍。

出于这个原因，太阳系内可以容纳的轨道数量主要取决于行星的大小，例如，木星的质量大约是地球的 300 倍，这意味着它的希尔半径大约是地球的 10 倍。这还意味着， 10 个独立的地球轨道可以适应木星当前轨道所占据的同一空间。

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 1,000 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 10,769 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 65,813 颗行星。

最后总结一下吧：

显然，这些数字是极端的，设计如此复杂的系统的能力远远超出了人类的能力范围。但是这个有趣的思想实验确实强调了太阳系中行星的空间，比我们今天看到的微不足道的八颗行星要多得多。然而，自然形成的可能性很小很小。