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

  一些亲戚亲戚大伙本来人都好奇过,为哪些天体大多时候 球形?

  这首这么 从水滴说起。水滴为哪些时不时 球形?这是一些水的冠部就像一张紧绷的有弹性的薄膜,一些把二根针轻轻地平装在水面上,可不想想 发现我我觉得它的密度比水大得多,但不想说会沉下去,一些将水面压出另一一四个 小凹槽,浮在上边。水冠部的这层“薄膜”产生的张力,稳稳地托住了钢针。氯化氢乙炔气 的冠部张力,时不时 使得水滴趋向于使其冠部积最小的底部形态,也一些球形。

  球形对应着液滴冠部势能最小的情形,而势能最小时,系统最稳定。这被称为“最小势能原理”:对任何另一一四个 系统,一些它的势能这么 达到“最小”,它时候设法变化到其相对最小的势能位置。

  电磁力使氯化氢乙炔气 保持“身材”

  那为哪些像岩石、铁块另另一一四个的氯化氢乙炔气 ,就算装在失重环境下一些会成为球形呢?这涉及到宏观世界里起主要作用的并否有力: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。亲戚亲戚大伙熟知的摩擦力、磁铁吸附铁片的力、桌子支撑书本的力时候 电磁力。和氯化氢乙炔气 相比,氯化氢乙炔气 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),本来氯化氢乙炔气 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,亲戚亲戚大伙以另一一四个 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去形成固定的底部形态。一起去,石块里的每个分子时候对一些分子产生引力。但这颗石头分子聚合产生的引力要小于电磁力,本来石块自身的引力是不一些破坏化学键而使它所处明显变形或破裂的,此时电磁力对石块的底部形态起了决定性作用。

  一些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,一些分子之间的电磁力仍然保持不变,本来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,不想受到任何影响。但此时的石头一些达到了岩石的抗张极限,相当于会被地球引力撕裂,散成碎块,这也是为哪些地球上的山峰角度都这么 超过10千米的原应。

  引力让大质量天体成为球形

  一些继续增加石块的质量,让它成为如今的地球,一些所处哪些情形?

  这时引力与化学键电磁力角力的结果一些反转。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,不可补救地会所处变形。这么 它会变成哪些底部形态呢?

  根据“最小势能原理”,它会变成另一一四个 球。这时它的核心一些会一些高温高压而电离、熔融(地球时候 另一一四个 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。在這個 尺度,引力所起的作用和液滴的冠部张力怪怪的类似,坚硬的岩石在它面前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。

  我我觉得地球另另一一四个的行星都相当接近球形,但也并时候 完美的球。这是一些球体的自转产生的惯性离心力,在赤道周边最大,两极最小(等于零)。原应的结果一些两极要比赤道更平,星体成为另一一四个 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。

  时候 天文学家提出,一些天体的自转足够快,最终的底部形态一些并时候 椭球,一些另一一四个 环,也一些像甜甜圈那样的底部形态。一些自转放慢时,环形的能量一些要比椭球更低,一些也更稳定。不过,目前还这么 真的观测到另另一一四个的天体,这仍然一些理论推测。(作者系北京天文馆研究员)

[ 责编:肖春芳 ]

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