物理问题求科普 天体为什么自转?可以用什么理论解释?

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-01
物理知识求科普 天体为什么自转?

宇宙中几乎所有天体和天体系统都在自转。关于星系、恒星系、恒星以及行星的自转动力来源,一直众说纷纭,莫衷一是。我觉得有一种说法是可信的。宇宙在膨胀过程中,物质分布微小的不均匀性,使物质在万有引力作用下相互靠近,并形成了从原子核到星系团等各种尺度上的结构,这个过程是自组织化和结构化过程。星际尘埃(星际云)在引力作用下收缩形成星系时,其中的气体和颗粒物质向引力中心集中,在初期是没有旋转的,如果只是向中心简单地集中,最终会形成一个大球。但星云物质在收缩过程中,随着密度增加和相互之间距离的缩短,各个分子和颗粒之间会产生摩擦和碰撞,这种摩擦和碰撞会使分子和颗粒带上静电荷,并产生电磁场。我们知道,处于电磁场中的带电物质在运动过程中会受到电磁场的作用力,就是洛伦兹力。而洛伦兹力的作用方向与电磁力的作用方向不一致,是偏转的。于是,在洛伦兹力的作用下,这些物质不是垂直落向星云的质量中心(也就是引力中心),而是以曲线方式运动。由于星云的质量梯度越往中心越高,电磁场也就越强,在电磁场作用下,电磁力的作用方向会趋于一致,于是,气体分子和颗粒物质就会受到同一方向的洛伦兹力的作用。当然,这是指小范围,在整个星云范围内,受力方向是指向偏转的切线方向。引力是指向质量中心方向的,而洛伦兹力与引力总是保持一定的角度(该角度遵循洛伦兹力方程),这样一来,物质颗粒在向着质量中心下落的过程中,既受到中心引力的作用,也受到与引力方向不一致的洛伦兹力的作用,于是,颗粒的下降轨迹就产生了偏向一侧的偏转。众多颗粒一致的偏转,就使整个星云获得了围绕中心旋转的角动量。至于角动量的方向(也就是未来星系的平面方向或旋转方向),则由星云内部引力收缩时质量的分布情况决定。在整体角动量作用下,初步形成的星云球在收缩的同时,开始了缓慢的旋转。随着中心质量的增加、中心引力的增强,收缩的进程加快,质量也在加速集中,星云的半径越来越小。角动量是守恒的。半径越小,角动量越大,旋转速度越快。星云球在越来越快的旋转离心力作用下,开始变得扁平,质量向旋转平面集中,最终形成位于太阳系中央的恒星--太阳。在收缩与旋转过程中,星云盘物质也在自组织化和结构化,形成大小不同,规模不一的次一级的质量中心。这些次级质量中心最终会形成一个个围绕恒星运转的行星等更小的天体。与质量向太阳集中时产生了角动量的情形一样,行星在形成时,也具有一定的旋转角动量。这就是地球等行星在围绕太阳公转的同时也会自转的原因。总而言之,星云的收缩使物质颗粒接近,接近的颗粒发生摩擦和碰撞,摩擦和碰撞产生静电,静电产生电磁场,电磁场对带电粒子产生洛伦兹力,洛伦兹力使物质颗粒在向质量中心下落时发生偏转,偏转使星云产生角动量,角动量使星云及以后的恒星系中所有天体都围绕中心旋转。由于角动量方向的一致性,使其中的各个天体也都继承或保持了同样的角动量。

首先,自转之所以被人们使用,因为人们用自转来解释
昼夜变化;
Clairaut模型解释重力常数g在不同纬度微小变化(9.78-9.82,赤道小,两极大)
二者说明地球具有角速度,这一假设,的确能够解释一些现象;
试想,如果天上的星星,太阳月亮同时失去光芒,人们只能使用电灯照明。那么请问,你怎么能知道自己在自转?怎么说明地球像一个陀螺一样在围绕中心轴转?这就是法国Foucoult设计的傅科摆实验,在法国先贤祠有展示。在赤道线附近两边,作液体漏出实验也可以验证。
至于说为什么有自转,答案可以是:因为人们需要引入自转角速度来拟合实验数据。如果进一步要问,类比于陀螺的自转动因(人推了它一下),请问地球从什么时候开始自转的,动因是什么?有些解释是小行星侧撞地球,导致地球旋转,也有自旋公转spin-orbit interaction共振的解释。

1 初中物理告诉我们,如果我们到没有摩擦力的太空扔一枚石子,它会不减速的跑下去(忽略引力的情况下)。2 初中物理忘了告诉我们(但我们可以自己推出来),在太空中转一个陀螺,这个陀螺可以旋转很多年不停下来(理论上可以永远不停)。3 上面一条用物理的话说,如果在不受力的环境(例如太空中可以近似看作不受力)你给陀螺一个初始角动量,那么陀螺会保持这个角动量。4 每个星球在形成时,都会带些角动量,这个角动量可以有0, 1 , 12.306 ,10086或者其他任意一个数值。其中我们将拥有0这个数值的星球称之为没有自转。5 我们目前还没有发现角动量完全为零的星球,就像我们还没找到重量精确等于1克拉的天然钻石一样。PS :因为在太空中不是真的不受力,所以星球的角动量会发生变化。例如地球因为太阳引力的原因,每一百年自转周期会变化一两毫秒。注:这里的角动量指的是自旋角动量。