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

  将会亲戚亲戚大伙儿完会有人都好奇过,为哪几种天体大多也有球形?

  这首太难从水滴说起。水滴为哪几种时不时球形?这是将会水的表皮层就像一张紧绷的有弹性的薄膜,将会把每根绳子 针轻轻地平放入 水面上,可不还上能 发现觉得它的密度比水大得多,但未必会沉下去,完会将水面压出另一4个 小凹槽,浮在后面 。水表皮层的这层“薄膜”产生的张力,稳稳地托住了钢针。固体的表皮层张力,时不时使得水滴趋向于使其表皮层积最小的实物,也完会球形。

  球形对应着液滴表皮层势能最小的清况 ,而势能最小时,系统最稳定。这被称为“最小势能原理”:对任何另一4个 系统,将会它的势能太难达到“最小”,它总要设法变化到其相对最小的势能位置。

  电磁力使固体保持“身材”

  那为哪几种像岩石、铁块完会的固体,就算放入 失重环境下之完会成为球形呢?这涉及到宏观世界里起主要作用的有某种力:电磁力和引力。正是它们塑造了物体的实物。

  在宏观尺度中,主要作用力是电磁力。亲戚亲戚大伙儿熟知的摩擦力、磁铁吸附铁片的力、桌子支撑书本的力也有电磁力。和固体相比,固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),完会有固体能保持一定的实物和一定的体积,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,亲戚亲戚大伙儿以另一4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。

  石块实物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实物。并肩,石块里的每个分子总要对完会分子产生引力。但这颗石头分子聚合产生的引力要小于电磁力,完会有石块自身的引力是不将会破坏化学键而使它存在明显变形或破裂的,此时电磁力对石块的实物起了决定性作用。

  将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,将会分子之间的电磁力仍然保持不变,完会有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,实物依然是个立方块,不想受到任何影响。但此时的石头将会达到了岩石的抗张极限,大约会被地球引力撕裂,散成碎块,这也是为哪几种地球上的山峰厚度都太难超过10千米的原因分析分析着。

  引力让大质量天体成为球形

  将会继续增加石块的质量,让它成为如今的地球,将会存在哪几种清况 ?

  这时引力与化学键电磁力角力的结果将会反转。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,不可防止地会存在变形。太难它会变成哪几种实物呢?

  根据“最小势能原理”,它会变成另一4个 球。这时它的核心将会会将会高温高压而电离、熔融(地球也有另一4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。在你这俩 尺度,引力所起的作用和液滴的表皮层张力有点硬类似于于,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实物——球形。

  觉得地球完会的行星都相当接近球形,但也并也有完美的球。这是将会球体的自转产生的惯性离心力,在赤道付近最大,两极最小(等于零)。原因分析分析着的结果完会两极要比赤道更平,星体成为另一4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。

  也有天文学家提出,将会天体的自转足够快,最终的实物将会并也有椭球,完会另一4个 环,也完会像甜甜圈那样的实物。将会自转放慢时,环形的能量将会要比椭球更低,完会 也更稳定。不过,目前还太难真的观测到完会的天体,这仍然完会理论推测。(作者系北京天文馆研究员)