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

  是是因为亲戚亲戚朋友儿儿也不我人都好奇过,为有一种天体大多全部后会 球形?

  这首这么从水滴说起。水滴为有一种一个多劲球形?这是是是因为水的外皮就像一张紧绷的有弹性的薄膜,是是因为把根小针轻轻地平上放水面上,须要发现我着实它的密度比水大得多,但暂且会沉下去,也不我 将水面压出一个多多多小凹槽,浮在里边。水外皮的这层“薄膜”产生的张力,稳稳地托住了钢针。氢气氢气氢气的外皮张力,一个多劲使得水滴趋向于使其外皮积最小的特性,也也不我 球形。

  球形对应着液滴外皮势能最小的清况 ,而势能最小时,系统最稳定。这被称为“最小势能原理”:对任何一个多多多系统,是是因为它的势能这么 达到“最小”,它后会 设法变化到其相对最小的势能位置。

  电磁力使氢气氢气氢气保持“身材”

  那为有一种像岩石、铁块那我的氢气氢气氢气,就算上放失重环境下也不我 会成为球形呢?这涉及到宏观世界里起主要作用的有一种力:电磁力和引力。正是它们塑造了物体的特性。

  在宏观尺度中,主要作用力是电磁力。亲戚亲戚朋友儿儿熟知的摩擦力、磁铁吸附铁片的力、桌子支撑书本的力全部后会 电磁力。和氢气氢气氢气相比,氢气氢气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),也不我氢气氢气氢气能保持一定的特性和一定的体积,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,亲戚亲戚朋友儿儿以一个多多多边长为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,从而得以聚集在共同形成固定的特性。共同,石块里的每个分子后会 对也不我分子产生引力。但这颗石头分子聚合产生的引力要小于电磁力,也不我石块自身的引力不是是因为破坏化学键而使它居于明显变形或破裂的,此时电磁力对石块的特性起了决定性作用。

  是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,是是因为分子之间的电磁力仍然保持不变,也不我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,特性依然是个立方块,不让受到任何影响。但此时的石头是是因为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,这也是为有一种地球上的山峰高度都这么 超过10千米的是因为。

  引力让大质量天体成为球形

  是是因为继续增加石块的质量,让它成为如今的地球,是是因为居于有一种清况 ?

  这时引力与化学键电磁力角力的结果是是因为反转。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,不可出理 地会居于变形。这么 它会变成有一种特性呢?

  根据“最小势能原理”,它会变成一个多多多球。这时它的核心是是因为会是是因为高温高压而电离、熔融(地球全部后会 一个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。在有一种尺度,引力所起的作用和液滴的外皮张力怪怪的同类,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特性——球形。

  我着实地球那我的行星都相当接近球形,但也并全部后会 完美的球。这是是是因为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)。是因为的结果也不我 两极要比赤道更平,星体成为一个多多多椭球状。这在自转较快的气态巨行星木星、土星上表现得相当明显。

  全部后会 天文学家提出,是是因为天体的自转足够快,最终的特性是是因为并全部后会 椭球,也不我 一个多多多环,也也不我 像甜甜圈那样的特性。是是因为自转减慢时,环形的能量是是因为要比椭球更低,也不我也更稳定。不过,目前还这么 真的观测到那我的天体,这仍然也不我 理论推测。(作者系北京天文馆研究员)

[ 责编:肖春芳 ]

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