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探究宇宙的秘密

 (文/黄永义)人类对于自然的认识,都是经历了从必然王国向自由王国发展的历史。以往,人们把惠更斯的角动量守恒定律,强行用来解释各类星球的自转规律。但是随着时间的推移和观测技术的改进与提高,发现众多恒星各自的自转速度竟然各不相同;同一恒星的多颗行星各自的自转速度竟然也各不相同。可见角动量守恒定律解释星球的自转速度难以与事实吻合;而人们硬用角动量守恒定律解释星球的自转更是显得牛头不对马嘴,说不清有的星球为什么自转速度快;有的星球为什么自转速度慢;同时解释的很笼统,不管星球的自转速度是快还是慢,统统给它扣上角动量守恒的帽子,说不出个所以然来。这表明角动量守恒定律是人们的主观臆断,若用其解释星球自转速度,则与实际相差十万八千里。
 

  同时,也有一些实事求是的科学家,他们采用第一手观测资料分类整理研究。请看:根据恒星光谱的不同元素产生的特征谱线,可获得恒星表面大气层的温度、压力、密度、化学元素的丰度、质量、体积、距离、自转运动、空间运动等一系列的物理化学知识。他们为了把恒星光谱的变化规律展示出来,按照恒星光谱的特征谱线进行分类。
 

  1868年,意大利天文学家塞奇把400颗恒星的光谱分为四类。1886年, 美国哈佛天文台台长皮克林牵头组成天文小组, 开展大规模的恒星光谱观测和分类工作。1901年,该天文小组中的天文学家坎农根据她和同事们对358300颗恒星光谱的研究,提议把几十万颗星分成O、B、A、F、G、K、M等型, 每一型又分为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9各个次型。通过这样的分类,恒星光谱的变化顺序清楚了, 恒星的温度、光谱、颜色变化的内在联系也显示出来了。以下是恒星的光谱分类:
 

  蓝色的“O”型星,表面温度约35000℃,紫外连续谱强,电离氦、中性氦和氢线明显,多次电离碳、氮、氧线弱,平均自转速度约190—210千米/秒,典型恒星代表:猎户座r星。
 

  蓝白色的“B”型星,表面温度约25000℃,氢性强,中性氢明显,电离钙线弱,平均自转速度约185—205千米/秒,典型恒星代表:大熊座η星。
 

  白色的“A”型星,表面温度约11000℃,氢线极强,氦线消失,有电离镁、钙线,平均自转速度约160—180千米/秒,典型恒星代表:天琴座α星。
 

  黄白色的“F”型星,表面温度约7500℃,氢线比A型弱,钙线显著,有许多金属线。平均自转速度约30—80千米/秒,典型恒星代表:仙后座β星。
 

  黄色的“G”型星,表面温度约6000℃,氢线弱,金属线增强,电离钙线很强,平均自转速度约11—13千米/秒,典型恒星代表:太阳、天龙座β星。
 

  橙色的“K”型星,表面温度约4200℃,金属线比G型更强,氢线弱,平均自转速度约0。9—1。3千米/秒,典型恒星代表:金牛座α星。

  橙红色的“M”型星,表面温度约3000℃,氧化铁分子带突出,金属线仍强,氢线很弱,平均自转速度约0。8—1。2千米/秒,典型恒星代表:猎户座α星。从光谱分类中可见不同光谱型的恒星有不同的自转速度,并且彼此之间的自转速度相差很大。
 

  我们站在上述各位巨人的肩上,重新审视各类星球自转的起因。
 

  根据以上的恒星光谱分类,从蓝色“O”型星到橙红色“M”型星,恒星表面大气层的温度从35000℃下降到3000℃,自转速度从约200千米/秒下降到约1千米/秒,显示出恒星的自转速度与恒星表面大气层的温度有直接关系。那么,恒星大气层的温度是怎样促使恒星自转的呢?
 

  根据美国芝加哥大学天体物理学家帕克的太阳风理论。太阳每秒钟约有四百万吨物质,在高温中变成气态的质子、a粒子、重离子和电子,简称等离子体,从太阳表面喷出,好象是从太阳吹出来的一股“风”,所以称为“太阳风”。而太阳风尚在太阳周围时称为太阳大气,当太阳大气向外运动时,即遭到引力的束缚,由于太阳仍然不停的喷出气体挤入大气中,使太阳大气的密度急剧增加,而太阳大气也只有增加密度使其膨胀力大于太阳表面引力,使太阳表面的引力为零,太阳大气才可以向外运动,由此在太阳表面产生的大气压约是太阳表面引力压的3倍,这就造成太阳表面的大气压约是地球表面重力加速度的84倍。(引力压是按太阳引力和地球引力计算的,太阳表面的重力加速度是地球表面的重力加速度的28倍。因为太阳大气由本体喷出,大气膨胀力抵消直至超过引力,造成太阳表面只有大气压没有引力压。)太阳表面的大气压就是太阳大气膨胀时产生的向心力。因为太阳大气向外运动产生的膨胀力和向心力可以活动,可以随银河系的星系风倾斜,而倾斜的向心力作用于太阳,也就是约相当于地球表面84倍的重力加速度的大气压倾斜着压向太阳,引起太阳自转。
 

  可见,太阳的自转速度与温度成正比。因为太阳是一颗恒星,所以恒星的自转速度与温度成正比。也就是恒星表面大气层的温度愈高,喷出气态的恒星风愈多其膨胀时产生的向心力愈大;而作用于恒星的向心力愈大,就会使恒星产生的自转力愈大其自转速度愈快。反之,恒星产生的自转力愈小其自转速度愈慢。这既与光谱分类的恒星自转速度相吻合;又找到了恒星自转速度不同的形成原因。
 

  行星的自转则是恒星风一边向外扩散一边旋转引起的,以太阳系的行星为例:太阳大气向向外运动时,即遭到引力的束缚,由于太阳仍然不停的喷出气体挤入大气中,使太阳大气的密度急剧增加,而太阳大气也只有增加密度使其膨胀力抵消直至超过太阳表面引力,造成太阳表面无引力,太阳大气才可以向外一直膨胀1。1亿千米,太阳大气底部密度超超大,越往外密度越小,到了距太阳1。1亿千米的空间,太阳大气膨胀力小于太阳引力,在太阳强大引力的作用下,太阳大气被迫从两极向赤道汇扰,这时称为太阳风沿着赤道一边旋转一边向外运动,行星的自转是太阳大气和太阳风的旋转动能引起的:
 

  水星位于太阳大气之内,质量小,引力场小,太阳大气的旋转力作用于水星引力场时,作用力是散的,如同张开五指打人没有握紧拳头打人有力一样,造成水星自转速度很慢,赤道每小时平均自转速度约10。9千米。
 

  金星位于太阳大气之内离太阳大气边缘不远处,由于太阳大气被太阳引力所迫,向太阳赤道汇扰恰好交汇于金星外侧,造成金星内侧也就是向阳面的大阳大气密度小,而金星外侧也就是背阳面太阳大气已转化为太阳风的密度大,密度大的太阳风作用于金星的背阳面比密度小的太阳大气作用于金星向阳面的力大一些,造成金星反向自转,同时自转速度很慢。赤道每小时平均自转速度约6。52千米。
 

  太阳风在金星轨道外的太阳赤道汇拢沿赤道一边旋转一边向外扩散,第一个作用于地球引力场,促使地球赤道每小时平均自转速度约1670千米。
 

  值得说明的是,引力是物质的天然属性,引力场是星球的天然属性,地球的引力场是客观存在,迄今为止,人类还没有掌握有效的探测引力的技术手段。地球的引力场是从地球到拉格郎日点的距离为半径的圆球形空间,有人把地球的大气圈误认为是地球的引力场是不对的,地球大气圈只是地球引力场作用的一部分。
 

  火星质量小,引力场小,太阳风与火星引力场接触面积小导致作用力小,使得火星赤道自转的慢,每小时约866﹒78千米;而木星质量大引力场大,太阳风与木星引力场接触面积大导致作用力大,使得木星赤道自转的快,每小时约45623﹒9千米;土星赤道比木星赤道自转的稍慢,每小时平均自转速度约36249。23千米;天王星赤道每小时平均自转速度约10170。93千米;海王星赤道每小时平均自转速度约8639。4千米。说明以上的解释与星球自转的实际相吻合。
 

  行星大气靠它的引力来吸引,引力大吸引的气体就多;引力小吸引的气体就少,可见气压与引力成正比,气压和引力压是相同的概念以太阳系行星自转为例:太阳风在太阳自转的作用下,从日冕外逐步向金星轨道附近的太阳赤道汇笼,沿着太阳的赤道面一边向外扩散一边旋转着驱动行星引力场使行星自转。
 

  行星的自转力取决于行星所处恒星风的动能和行星的质量。即:f=G﹢m 。公式中f表示行星的自转力,G表示恒星风动能,m表示行星质量。该公式表示行星所处的恒星风动能愈大,行星质量愈大其引力场就愈大;而恒星风与行星引力场接触面积愈大,就会使行星自转力愈大其自转速度愈快。反之,行星自转力愈小其自转速度愈慢。

 

  本文引用地址:http://blog.sciencenet.cn/blog-1350441-951932.html 此文来自科学网黄永义博客

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