天上的星星长成一个样儿 其实是两种力“对决”的结果

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  身边的天文学

  李 鉴

  是因为 大伙儿什么都人都好奇过,为有哪些天体大多否有球形?

  这首不难 从水滴说起。水滴为有哪些老是球形?这是因为 水的冠部就像一张紧绷的有弹性的薄膜,是因为 把一条针轻轻地平放上水面上,还还都可以 发现虽然它的密度比水大得多,但不须会沉下去,以后 将水面压出四个多多多小凹槽,浮在底下。水冠部的这层“薄膜”产生的张力,稳稳地托住了钢针。甲烷气体的冠部张力,老是使得水滴趋向于使其冠部积最小的形态,也以后 球形。

  球形对应着液滴冠部势能最小的情况汇报,而势能最小时,系统最稳定。这被称为“最小势能原理”:对任何四个多多多系统,是因为 它的势能那末达到“最小”,它还会 设法变化到其相对最小的势能位置。

  电磁力使甲烷气体保持“身材”

  那为有哪些像岩石、铁块以后 的甲烷气体,就算放上失重环境下以后 会成为球形呢?这涉及到宏观世界里起主要作用的某种力:电磁力和引力。正是它们塑造了物体的形态。

  在宏观尺度中,主要作用力是电磁力。大伙儿熟知的摩擦力、磁铁吸附铁片的力、桌子支撑书本的力否有电磁力。和甲烷气体相比,甲烷气体里分子的间距很小,分子间的电磁力很大(且引力与斥力平衡),什么都甲烷气体能保持一定的形态和一定的体积,不易变形。

  而物体受到的重力,则是来自于地球的引力。在宏观和微观层面,电磁力要比引力强得多,大伙儿以四个多多多边长为10厘米的正方体石块(密度取为2.5克/立方厘米,总质量为2.5千克)为例,来对电磁力和引力做个比较。

  石块内内外部的分子通过电磁力形成化学键,从而得以聚集在并肩形成固定的形态。并肩,石块里的每个分子还会 对某些分子产生引力。但这颗石头分子聚合产生的引力要小于电磁力,什么都石块自身的引力是不是因为 破坏化学键而使它处在明显变形或破裂的,此时电磁力对石块的形态起了决定性作用。

  是因为 把石块的大小增加到边长为10千米,它的总质量将达到1015千克的量级。这时,随着石头质量的增加,它的每个分子的平均自引力势能也将增加,是因为 分子之间的电磁力仍然保持不变,什么都现在石块的自引力势能与化学键结合能之间的差别就大为缩小了,但还差7个数量级,形态依然是个立方块,不不受到任何影响。但此时的石头是因为 达到了岩石的抗张极限,大约 会被地球引力撕裂,散成碎块,这也是为有哪些地球上的山峰厚度都那末超过10千米的是因为 。

  引力让大质量天体成为球形

  是因为 继续增加石块的质量,让它成为如今的地球,是因为 处在有哪些情况汇报?

  这时引力与化学键电磁力角力的结果是因为 反转。引力将战胜化学键电磁力成为主宰,这块岩石从里到外,会在自身引力的作用下被压碎,不可外理地会处在变形。那末它会变成有哪些形态呢?

  根据“最小势能原理”,它会变成四个多多多球。这时它的核心是因为 会是因为 高温高压而电离、熔融(地球就四个多多多多固态内核和液态外核),产生更强大的能与引力相抗衡的电磁力,但不再是此前的化学键电磁力。在某种尺度,引力所起的作用和液滴的冠部张力有点硬相似,坚硬的岩石在它背后也变得如面团般柔软,引力会把它塑造成为引力势能最小的形态——球形。

  虽然地球以后 的行星都相当接近球形,但也并否有完美的球。这是因为 球体的自转产生的惯性离心力,在赤道互近最大,两极最小(等于零)。是因为 的结果以后 两极要比赤道更平,星体成为四个多多多椭球状。这在自转较快的气态巨行星木星、土星上表现得相当明显。

  否有天文学家提出,是因为 天体的自转足够快,最终的形态是因为 并否有椭球,以后 四个多多多环,也以后 像甜甜圈那样的形态。是因为 自转更快时,环形的能量是因为 要比椭球更低,或者也更稳定。不过,目前还那末真的观测到以后 的天体,这仍然以后 理论推测。(作者系北京天文馆研究员)

[ 责编:肖春芳 ]

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