宜居行星的体积是否可以比地球大几十倍？

zylsnn

宜居行星的体积是否可以比地球大几十倍？
作者：一点资讯

falaso

谢邀。其实这种问题稍微百度一下就可以得到答案。
什么是宜居行星？
宜居行星（habitable planet、life-bearing planet），天文学专有词语。是指适宜人类生存的行星。
看明白了吧？是适合人类居住的行星，不是说适合其他生物居住的行星。
宜居行星的几大必要条件：
1.该行星所围绕的恒星不能太大（需考虑紫外线辐射，过大的恒星会放出大量的辐射）；
2.该行星所围绕的恒星不能太小（行星需要靠得非常近才能足够温暖，导致潮汐锁定，一面永远对着太阳一面永远黑暗）；
3.该行星所围绕的恒星必须非常稳定；
4.该行星必须在宜居带内；
5.该行星所围绕的恒星必须是单星，或者至少离其他伴星要非常远（不然行星轨道会被扰动，一会贴到太阳上，一会跑到天边）；
6.最好外层轨道上有几个大行星充当保镖（比如太阳系里的木星土星，强大的引力使小行星或者彗星撞向自己，让近日行星处于相对安全的宇宙环境）；
7.行星必须是类地岩石行星；
8行星表面重力必须和地球差不多；
9.大气层气压必须和地球差不多 ；
10.大气层成分不能太离谱 ；
11.地壳活动不能太剧烈；
12.有强力的保护伞（必须有磁场保护）。
可以看出来，这些条件是非常苛刻的。宜居行星必须是岩制行星，不可以是气态行星。而体积比地球大几十倍的岩制行星是不可能存在的。原因无他：体积是地球几十倍的岩制行星，因为引力的缘故，会锁住巨量的氢氦，从而变成一个气态行星。如果你把木星拨开，你会发现木星的内核，其实就是一个巨大的岩质行星。
更重要的是，重力问题，如果你在体积是几十倍地球的行星上，你会马上被自己的重力压成一团烂泥。
我感觉题主并没有深刻理解宜居行星的概念，宜居行星并不是指需要非常勉强才能生存的行星，而是指原本就比较适合人类生存的行星，基于这一点来看，体积过大的行星，永远不可能是宜居行星。

ccxm

万有引力定律推导可以看到，相同密度的均匀天体其表面的重力大小正比于自身半径，而质量正比于半径的三次方。所以相同均匀材料构成的天体(比如说都是硅铝酸盐和铁镍混合物，虽然地球物质分部有明显的分层，但这里我们不妨假设地球的物质分部也是均匀的)，其表面重力与质量数值的三次根号成正比。所以若真的有一个与地球成分类似的岩石行星(比如它吸附的气体很少不足以成为气态行星)，质量是地球四十到七十倍，那么它表面重力应该是地球表面的3.4～4.1倍。其地表面积应该在地球的12～17倍。这样的重力下，如果想顺利生存，必须将人基因改造一下，减小人类体型减轻身体负荷、加强骨骼强度、增强心脏平均功率(4g左右的重力需要更强劲的心脏、更短的运输距离才能将血液泵至头部)。
有部分朋友还会想到地壳活动，如果没有适量程度的地壳运动，就不能完成地幔、地壳、大气、海洋的物质循环，不利于生态环境的稳定发展。那么在前文中“和地球构成相差无几但质量几十倍的岩石行星”上，是否也能有适当的地壳运动呢？这里面主要依据散热模型的选择。比较乐观的理想模型是：热量的发散和地幔热对流的强度类似于重力(因为都与星球质量成正比)，所以即便重力大了，但地幔热对流强度也在等比变化，所以其地壳活动的强度最终也会类似地球。(看上去确实是个不错的结果)

但是呢，上面的推论条件都限定得极为严格，也忽略了成倍压力和广义相对论对地质演化的影响。宇宙中很难找到这样的星球。更普遍的情况正如其他答主说的，这样大质量的岩石行星在形成过程中就会吸附海量的氢和氦，变成气态行星。同样，我们的地球由于引力不够，每年还回损失不少氢和氦(被热运动和宇宙辐射加速从而逃逸出地球)。

darny

体积达到地球的几十倍，那应该是个气态行星了，这种情况下人类可不可以在上面生存取决于人类的科技水平，也许人类能在一个个巨型的行空堡里生活吧。

qinger0912

谢谢邀请
如同前面很多人所述，体积大通常意味着引力更大，引力大对人类就不宜居了。不过我认为在某些特殊情况下或许可以有比地球大不少同时相对宜居的星球，下面主要从体积和重力方面思考：
1.低密度材料：如果行星主体材料密度比较低，那可以体积增加不少而质量增长不多，使得引力差不至于太夸张。地球岩石主要成分之一的二氧化硅密度在2.648克立方厘米-2.196克立方厘米之间，构成地核的铁镍密度分别是7.874克立方厘米和8.908克立方厘米。而冰的密度为0.917克立方厘米，比硅酸盐和重金属轻的多。所以如果一颗星球轻质材料例如冰比例较多，同等体积下因为质量相对低的多引力也跟着低的多。记住水在太空非常常见。
当然这样也会带来一些问题，例如地表重元素相对匮乏不容易获得，可能需要钻的很深去开采或者从附近其他天体获取，不过对于能恒星际移民的技术自然轻而易举、同时气候相对寒冷（在冰点以下）以确保能维持冰层，然而北欧、加拿大这样的寒冷地区也算宜居因此不是什么问题。


2.高自转速度：星球自转产生的离心力可以抵消部分重力，特别是在赤道上重力比两极低。至于低多少取决于自转速度和星球半径。也许能有效避免星球质量大导致的高引力。
当然这样也有问题，自转速度如果太快那会让日夜循环周期太短让人类不习惯，还会带来更强的风暴之类的恶劣天候。此外高自转速度可能还会带来较强的潮汐加热效应，导致地热活跃，火山地震频繁，当然这取决于具体情况。这些因素都会影响宜居性。
3.多孔地质：溶洞、熔岩管等地质空洞结构无疑也会降低星球整体密度，不过我想降低不了多少。土卫七就是因为多孔而密度低。
以上纯属脑洞，当然宇宙之大可能无奇不有，可能会有上述因素叠加的星球，而且恰好处在宜居带里相对靠外的区域（相对冷一点有助于低密度的冰取代密度高更重的硅酸盐）。体积比地球大很多，同时重力不超出人体承受范围。