Süße Idee! Vielen Dank für die Veröffentlichung dieser Frage. Ich habe es genossen darüber nachzudenken.
Geometrische Absorption
Nehmen wir zunächst an, wir sprechen von einem Teilchen, das nur alles Licht absorbiert, das auf seinen Querschnitt trifft. Die Gravitationskraft der Sonne auf ein Teilchen ist proportional zu seiner Masse und damit zum Würfel $ a ^ 3 $ seiner linearen Dimension $ a $. Der Strahlungsdruck ist proportional zur Querschnittsfläche und damit zu $ a ^ 2 $. Da die Exponenten unterschiedlich sind, folgt daraus, dass bei ausreichend kleinen Objekten die Nettokraft abstoßend ist und es keine geschlossenen Umlaufbahnen geben kann.
Für Objekte, die nur wenig über diesem Grenzwert liegen, könnten wir Kepler-Bahnen haben, aber sie würden Keplers Gesetz der Perioden mit der gleichen Proportionalitätskonstante nicht befolgen wie für Objekte wie Planeten, die groß genug sind, um sie herzustellen Strahlungsdruck vernachlässigbar.
Ohne eine numerische Schätzung vornehmen zu müssen, können wir feststellen, dass Atome unterhalb der Grenzgröße für geschlossene Umlaufbahnen liegen, da Sonnensegel existieren und ein Sonnensegel erheblich dicker als eine Monoschicht von Atomen ist.
All dies gilt unabhängig von der Entfernung $ r $ von der Sonne, da sowohl der Strahlungsdruck als auch die Gravitationskräfte $ 1 / r ^ 2 $ betragen. Dies ist auch der Grund, warum die Umlaufbahnen immer noch keplerisch sind: Die Wechselwirkung mit der Sonne wirkt wie die Schwerkraft, jedoch nur mit einer anderen Gravitationskonstante.
Ein stabiles, elektrisch neutrales Teilchen wie ein Neutrino oder ein Teilchen der dunklen Materie kann umkreisen, da es nicht mit elektromagnetischer Strahlung interagiert. Tatsächlich denke ich, dass dunkle Materie im Grunde nur bekannt ist, weil sie durch Gravitation an Körper wie Galaxien gebunden ist.
Wellenmodell
Wie Rob Jeffries in einem Kommentar hervorhob, ist dies für Objekte, die im Vergleich zur Wellenlänge des Lichts klein sind, überhaupt nicht richtig. In der Grenze $ a \ ll \ lambda $ haben wir Rayleigh-Streuung mit einem Querschnitt $ \ sigma \ sim a ^ 6 / \ lambda ^ 4 $. Lassen Sie
$$ R = \ frac {F_ \ text {rad}} {F_ \ text {grav}} $$
ist das Verhältnis der Strahlungskraft zur Gravitationskraft. Wenn wir uns nicht um Faktoren oder die Einheit der Ordnung kümmern, spielt es keine Rolle, ob es sich um Absorption, Reflexion oder Streuung handelt. Stellen Sie sich die Absorption vor und lassen Sie $ a $ den Radius eines kugelförmigen Teilchens sein. Wir haben dann
$$ R = \ frac {3} {16 \ pi ^ 2 Gc} \ cdot \ frac {L} {M} \ cdot \ frac {1} {\ rho a ^ 3} \ cdot \ sigma, $ $
wobei $ \ rho $ die Dichte des Partikels ist, $ L $ die Leuchtkraft der Sonne ist und $ M $ die Masse der Sonne ist.
Für ein Teilchen mit $ a \ sim 300 \ \ text {nm} $ ist die geometrische Absorptionsnäherung $ \ sigma \ sim \ pi a ^ 2 $ ziemlich gut, und das Ergebnis ist, dass $ R $ in Ordnung ist Einheit.
Für ein Teilchen mit $ a \ sim 50 \ \ text {nm} $ ist die Rayleigh-Streunäherung gültig, und wir haben $ \ sigma \ sim a ^ 6 / \ lambda ^ 4 $. Das Ergebnis ist $ R \ sim 10 ^ {- 4} $.
Das Ergebnis scheint also etwas nicht schlüssig zu sein. Für einen Stern mit dem $ L / M $ unserer Sonne gibt es einen ziemlich breiten Größenbereich für Partikel mit $ a \ sim \ lambda $, so dass es eine ziemlich gleichmäßige Konkurrenz zwischen Strahlungsdruck und Schwerkraft gibt. P. >
Die Antwort von Leftroundabout wies auf die Bedeutung der Ionisation hin und er schätzte diesen Effekt für hochenergetische Elektronen. Eigentlich denke ich, dass UV wichtiger ist. Für ein 25-eV-Photon, das sich an der Schwelle für die Ionisierung von Helium befindet, beträgt der Querschnitt etwa $ 7 \ mal 10 ^ {- 18} \ \ text {cm} ^ 2 $. Angenommen, $ \ sim10 ^ {- 2} $ der Sonnenstrahlung liegt über dieser Energie. Für ein Atom in einem Abstand von 1 AE von der Sonne ergibt sich eine Ionisierung mit einer Geschwindigkeit von $ \ sim10 ^ {- 3} \ \ text {s} ^ {- 1} $.
Dies deutet darauf hin, dass ein Atom auf keinen Fall eine vollständige Umlaufbahn um die Sonne vollenden kann, ohne ionisiert zu werden. Wenn wir annehmen, dass unsere Atome (/ Ionen) alle unabhängig voneinander sind, dreht sich ein Atom im Grunde genommen um die Magnetfeldlinien der Sonne. Eine Sache, die ich aus dieser Analyse nicht weiß, ist, ob es wirklich gültig ist anzunehmen, dass die Atome unabhängig sind. Wir könnten uns auch vorstellen, dass es Gaspakete gibt, die die Sonne umkreisen, und diese sind in ihrer Masse elektrisch neutral.
Diese Analyse scheint für Partikel aus baryonischer Materie mit Größen von weniger als etwa 300 nm nicht schlüssig zu sein. Es scheint, als müssten wir mehr arbeiten, um dies zu verstehen - oder jemand könnte herausfinden, wo das Thema in der astrophysikalischen Literatur ausführlicher behandelt wurde.
Für Sterne außerhalb der Hauptsequenz können wir meiner Meinung nach eindeutige Schlussfolgerungen ziehen. Riesige und übergroße Sterne, deren L / M $ viel höher ist als die der Sonne, fegen effizient alle Partikel von $ a \ sim \ lambda $ bis zu einer oberen Größengrenze aus. Für weiße Zwerge und dergleichen mit sehr kleinen $ L / M $ wird der Strahlungsdruck niemals signifikant sein.
Hier ist ein Artikel (Mann et al., "Staub im interplanetaren Medium", Plasma Phys. Control. Fusion 52 (2010) 124012) über Staub im interplanetaren Medium. Es beschreibt Dinge wie die Flugbahnen geladener Staubpartikel.