星际起源

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        星际,只星球与星球之间的关系。因为现代天文物理学已经很清晰认识了宇宙诞生和星球诞生规律,这个规律就是“力”,是迄今发现宇宙中存在的四种基本力的作用,让宇宙变成了这个样子。

        四种基本力是指万有引力相互作用力、电磁相互作用力、强相互作用力、弱相互作用力。过去对这四种力多有解释,今天就不张凯说了。

        星球是宇宙中最多最普遍的存在,可以理解为宇宙中呈现球形的单个天体,包括恒星和行星。在太阳系呈现球形的星球并不多,只有太阳、八大行星、十来颗矮行星、部分大行星的卫星、部分小行星外观是球形。

        星球成为球体,主要是引力作用

        万有引力是现代科学的先驱艾萨克·牛顿发现的,是四种基本力最早被人类发现的一种力,从此人类对宇宙的理解进入了现代科学时代。万有引力的核心是指,只要有质量的物体,不管大小,它们之间都会相互吸引,引力大小遵循与质量成正比,与距离平方成反比的规律。

        万有引力定律表达式为:f=gmm/r^2。这里的f表示引力值,单位n(牛顿,n=kg*m/s^2);g为引力常量,即两个1公斤物体质点距离1米时的引力,近似值为6.67*10^-11n·m^2/kg^2;m和m是引力相互作用的大小两个物体的质量,单位kg(公斤);r为两个引力相互作用物体之间质心的距离。

        在引力作用下,气态和液态等流体,只要凝聚起来,都会近似球体;而岩质固态行星,在形成早期的熔岩流体状态,也很容易形成球体;但冷却后,形成球体就与质量和体积有关了,质量和体积越大,形成球体的可能性就越大。

        这是因为,任何宏观物质都会有两种力量在对抗。一种是电磁作用力,表现为固体物质中的分子键键能,要求物质保持原有的状态;  而引力在星球上表现为重力,则要求将所有物质都拉向自己的质心,平衡的结果,就是将表面物质都拉到与质心的距离一致,这样星球就成为球形。

        星球成为了球形,就是两种力量博弈后,引力占了上风。这个“上风”要多大呢?就是通过引力作用,形成足以破坏物质内部依靠电磁力保留的物质形态。(见下图)

        为了让突起的部分产生足以自发崩塌的力,需要满足的条件为:4/3πgρrh>e0/μ。

        这里的ρ表示岩质行星的平均密度,r为星球半径,h为星球表面可突起的高度,μ为分子摩尔质量,e0为每摩尔分子键键能。

        由此我们可以看出,星球表面突起的高度受密度(质量)和体积(与质心距离)的制约。在密度既定条件下,体积越大的星球越能够呈现出球形。如地球密度为5.5*10^3  kg/m^3,与地球密度相近的星球,要让表面突起物不高于0.01r,星球的半径至少要达到2300km(千米或公里)。

        随着星球质量和体积的不断增大,表面突起的高度比例就越来越小,而随着星球质量体积的不断减小,其表面突起高度比例会越来越大。经过计算,当与地球相同密度的星球体积半径小于700km时,其表面突起可达0.1r,越小突起越高,也就是700km半径的星球山峰可达70km,500km半径的星球山峰可达100公里。

        这样,这个星球就不可能成球形了。当然这是密度约地球密度的星球称为圆球型的条件,如果密度很小或者表面为流体的星球,形成球形的体积就可以更小了。科学家们把天体能够成为圆球形的条件表述为:质量足以克服固体引力以达到流体静力平衡。……
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