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

  机会一点人一点人都好奇过,为哪些天体大多算是球形?

  这首不能自己从水滴说起。水滴为哪些突然球形?这是机会水的皮下组织就像一张紧绷的有弹性的薄膜,机会把十根针轻轻地平贴到 水面上,可以发现我我觉得它的密度比水大得多,但暂且会沉下去,也不将水面压出一一一好几个 小凹槽,浮在后面 。水皮下组织的这层“薄膜”产生的张力,稳稳地托住了钢针。氢气的皮下组织张力,突然使得水滴趋向于使其皮下组织积最小的形态,也也不球形。

  球形对应着液滴皮下组织势能最小的情況,而势能最小时,系统最稳定。这被称为“最小势能原理”:对任何一一一好几个 系统,机会它的势能这么 达到“最小”,它一定会设法变化到其相对最小的势能位置。

  电磁力使氢气保持“身材”

  那为哪些像岩石、铁块原本的氢气,就算贴到 失重环境下也不会成为球形呢?这涉及到宏观世界里起主要作用的五种力: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。一点人熟知的摩擦力、磁铁吸附铁片的力、桌子支撑书本的力算是电磁力。和氢气相比,氢气里分子的间距很小,分子间的电磁力很大(且引力与斥力平衡),一点氢气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,一点人以一一一好几个 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。

  石块内部的分子通过电磁力形成化学键,从而得以聚集在一块儿形成固定的形态。一块儿,石块里的每个分子一定会对一点分子产生引力。但这颗石头分子聚合产生的引力要小于电磁力,一点石块自身的引力是不机会破坏化学键而使它处于明显变形或破裂的,此时电磁力对石块的形态起了决定性作用。

  机会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,机会分子之间的电磁力仍然保持不变,一点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,不多再受到任何影响。但此时的石头机会达到了岩石的抗张极限,为宜会被地球引力撕裂,散成碎块,这也是为哪些地球上的山峰深度都这么 超过10千米的意味着着。

  引力让大质量天体成为球形

  机会继续增加石块的质量,让它成为如今的地球,机会处于哪些情況?

  这时引力与化学键电磁力角力的结果机会反转。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,不可解决地会处于变形。这么 它会变成哪些形态呢?

  根据“最小势能原理”,它会变成一一一好几个 球。这时它的核心机会会机会高温高压而电离、熔融(地球算是一一一好几个 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。在五种尺度,引力所起的作用和液滴的皮下组织张力一阵一阵类式,坚硬的岩石在它手中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。

  我我觉得地球原本的行星都相当接近球形,但也暂且是完美的球。这是机会球体的自转产生的惯性离心力,在赤道附过最大,两极最小(等于零)。意味着着的结果也不两极要比赤道更平,星体成为一一一好几个 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。

  算是天文学家提出,机会天体的自转足够快,最终的形态机会暂且是椭球,也不一一一好几个 环,也也不像甜甜圈那样的形态。机会自转更慢时,环形的能量机会要比椭球更低,我希望也更稳定。不过,目前还这么 真的观测到原本的天体,这仍然也不理论推测。(作者系北京天文馆研究员)

[ 责编:肖春芳 ]

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