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

  可能当当当人们 好多好多 人都好奇过,为那些天体大多全部都是球形?

  这首好难从水滴说起。水滴为那些无缘无故 球形?这是可能水的表表皮层就像一张紧绷的有弹性的薄膜,可能把一条针轻轻地平装到去水面上,还还都后能 发现虽然它的密度比水大得多,但还会会沉下去,可是我将水面压出有一三个 小凹槽,浮在上方。水表表皮层的这层“薄膜”产生的张力,稳稳地托住了钢针。甲烷二氧化碳气体气体的表表皮层张力,无缘无故 使得水滴趋向于使其表表皮层积最小的底部形态,也可是我球形。

  球形对应着液滴表表皮层势能最小的情况表,而势能最小时,系统最稳定。这被称为“最小势能原理”:对任何有一三个 系统,可能它的势能不出达到“最小”,它还会设法变化到其相对最小的势能位置。

  电磁力使甲烷二氧化碳气体气体保持“身材”

  那为那些像岩石、铁块从前 的甲烷二氧化碳气体气体,就算装到去失重环境下也还会成为球形呢?这涉及到宏观世界里起主要作用的四种 生活力:电磁力和引力。正是它们塑造了物体的底部形态。

  在宏观尺度中,主要作用力是电磁力。当当当人们 熟知的摩擦力、磁铁吸附铁片的力、桌子支撑书本的力全部都是电磁力。和甲烷二氧化碳气体气体相比,甲烷二氧化碳气体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),好多好多 甲烷二氧化碳气体气体能保持一定的底部形态和一定的体积,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,当当当人们 以有一三个 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。

  石块内部内部结构的分子通过电磁力形成化学键,从而得以聚集在一起形成固定的底部形态。一起,石块里的每个分子还会对有些分子产生引力。但这颗石头分子聚合产生的引力要小于电磁力,好多好多 石块自身的引力是可能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底部形态起了决定性作用。

  可能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,可能分子之间的电磁力仍然保持不变,好多好多 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,底部形态依然是个立方块,还会受到任何影响。但此时的石头可能达到了岩石的抗张极限,大约会被地球引力撕裂,散成碎块,这也是为那些地球上的山峰深度都不出超过10千米的由于 。

  引力让大质量天体成为球形

  可能继续增加石块的质量,让它成为如今的地球,可能处在那些情况表?

  这时引力与化学键电磁力角力的结果可能反转。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,不可防止地会处在变形。不出它会变成那些底部形态呢?

  根据“最小势能原理”,它会变成有一三个 球。这时它的核心可能会可能高温高压而电离、熔融(地球全部都是有一三个 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。在你這個尺度,引力所起的作用和液滴的表表皮层张力怪怪的之类,坚硬的岩石在它头上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底部形态——球形。

  虽然地球从前 的行星都相当接近球形,但也并全部都是完美的球。这是可能球体的自转产生的惯性离心力,在赤道付进 最大,两极最小(等于零)。由于 的结果可是我两极要比赤道更平,星体成为有一三个 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。

  全部都是天文学家提出,可能天体的自转足够快,最终的底部形态可能并全部都是椭球,可是我有一三个 环,也可是我像甜甜圈那样的底部形态。可能自转调快时,环形的能量可能要比椭球更低,否则也更稳定。不过,目前还不出真的观测到从前 的天体,这仍然可是我理论推测。(作者系北京天文馆研究员)

[ 责编:肖春芳 ]

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