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为什么宇宙天体的形状是球体？

100次浏览     发布时间：2024-09-08 11:15:55    

一提起地球,我们会想到的形容词是蔚蓝星球,生命乐园,独一无二等等,最后或许人们还会给出这样一个形容词:地球是球体.

可能你会反驳,地球分明是椭球体.但是无论我们如争辩地球的形状一定不会是正方体,长方体一类有棱有角的立体几何.地球有着球体的形状这是毋庸置疑的.

我们将视线范围扩大,我们会发现在太阳星这八大行星,甚至包括被排出行星行列的冥王星以及各个行星的卫星,再加上太阳这颗恒星,我们会发现无论是哪个国家给出的示意图都将这些星体的形状表现为球体,这是什么原因呢?换句话来说,为什么星体在我们潜意识之中以及事实上它的形状都是球体呢?

简单的来说,因为重力的作用导致了绝大部分天体都是球形状的.

在上述列举中并没有提及小行星和彗星的形状,因为它们的形状并不一定是球星,举一个典型的例子.在地球上大名鼎鼎的哈雷彗星,每隔76年左右就会回归一次,人们在地球上看到它的样子就是扫把状的,因此在封建社会时代常把彗星比作扫把星会给人们带来霉运.

小行星和彗星因为他们的质量没有达到一定的重量级所以其形状很难表现为球形.一旦质量到达某一个极点,其组成物质一定会在引力的作用下向着重心坍塌靠拢.

我们知道原子核是有质子和中子构成,而原子核最初的形成是在宇宙大爆炸后的数亿年间，宇宙中原始的中子质子开始结合形成,散布的电子此时与原子核一起形成完整的原子.原子之间靠化学键间的作用力形成分子,进而形成宏观尘埃.

当宇宙尘埃在引力的作用下越来越接近时，就如同女蜗造人一般,根据作用力的不同会结合形成不同的气体,液体,甚至是岩石.

这些新形成的宏观物体在引力的作用下进一步坍塌压缩,形成天体.质量稍大的天体会形成恒星,并在中心地带进行核聚变过程.有的星体其密度大的超出想象,比如中子星的密度通常相当于每立方厘米重达1-10亿吨.

质量相对较小的天体会形成行星。不管是恒星还是行星，物质都会在引力的作用下挤压向里坍塌，只有尽可能占据最小表面积的物质才有可能存在下去，这样一来天体很自然地会形成球体形状.

从计算角度来看,其实这也是一个很简单的物理与数学的问题.

对于一定的体积，球体具有最小的表面积！我们以岩石行星（地球）作为假设前提.

我们假设地球存在能够有足够的高度使地球不再成为球体的山脉(山脉高度要超过地球直径的五分之一,大约2500千米的高度).

我们简化处理这个问题,已知山底的压力P=ρgh，ρ是山脉的平均密度，g为地球的重力加速度,一般数值上去9.8,h是山脉的高度.

由此我们可以得出最开始的结论,大部分的星体是球体的原因是重力作用的结果,小行星与彗星之所以不是规则的球体其主要原因之一就是没有达到一定的数量级.

物理学中G为引力常数，再加上平均密度ρ和半径R.重力加速度g=GM/R=4π/ 3G ρR。由于平均密度ρ相对稳定，我们可以假定ρ为定值。所以山底压力P=4π/ 3G ρRh。

为了更好的理解,4π/ 3G ρ作为常数定值可以暂时不考虑。所以P=kRH(k为上述的定值).山底可承受的压力的极限值是一定的,由公式我们发现山高h正比于1/R.天体越大,也就意味着山脉越低.

最后不得不感叹,人类物理学的神奇,它可以为宇宙立法,万事万物都要遵循着物理学的基本原理!

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