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第二部分(2)——天体的收缩

(2009-04-11 07:55:50)
标签:

天体

收缩

能量

内能

用天体的收缩理论解释太阳系中的天体

太阳系中的天体主要包括太阳,行星,行星的卫星,小行星,彗星等。它们的质量不同,个体的形状,表面现象也不尽相同。按照天体的收缩理论:只有当天体的质量达到一定值时,天体内部的万有引力产生的压力才能超过天体本身的抗压强度,使由分子力结合在一起的单一的天体产生破坏,向球体收缩。而只有天体质量进一步增加,质量达到一定值时,球状天体内部由于万有引力产生的压力,超过抵抗这样压力的分子,原子之间的斥力,而使天体收缩时,天体内部才能产生能量,这种能量或许是内能,或许是化学能,或许是核能,这要看天体的质量而定。当质量逐渐增加时,产生能量的机理逐步由内能,向化学能向核能转变。由于天体内部的收缩而产生能量,能量向天体表面传递,在表面形成了火山,地震等自然现象。这种现象的产生是天体内部能量引起的。

将太阳系中的天体按照质量大小排列如下:

 

 第二部分(2)——天体的收缩

 第二部分(2)——天体的收缩

 第二部分(2)——天体的收缩

 第二部分(2)——天体的收缩

由上表可见 ,当质量达到 3.80E+ 19Kg时 ,天体开始表现为球体,而海卫8 正处于这种转变的发生阶段,由于质量不足,所以没有完全变成一个球体。它差不多是一个方体,所以说收缩已经发生,只不过没有收缩完全。这种收缩只是表面的收缩,而没有发生内部收缩,所以天体内部没有产生能量。而想知道天体内部是否发生了收缩,只要看天体表面是否有过能量的释放,主要是有没有火山现象。从上表可知,土卫4也许是内部收缩的最小天体 ,它的质量为1.05E+21 ,直径为1120 公里,土卫3也许也有火山现象,目前没有观察到,土卫2目前的观测认为表面有火山现象,但作者不这么认为,因为它的质量太小,只处于形状向球体转变的初始阶段,也就是表面收缩的阶段,即使表面有某种气体挥发现象,也不可能会是内部能量产生的。

继续分析太阳系中的某些天体。

1          水星

水星球体的独特之处在于,它的体积较小,却有着一个相对较大的质量。它的密度达到了5.43/立方厘米,在太阳系中只小于地球。地球的高密度来源于内部的收缩,而水星质量较小(仅为地球的5.5%),所以说,它的质量不足以引起它内部太多的收缩,也就是说它的高密度不是由收缩引起的,而是在它的形成初期便具有了如今的高密度。在它内部也不会有明显的圈层结构,即使在它的核心处发生了某种收缩,这种收缩所释放的能量也会很有限。所以水星的表面即使存在火山喷发的痕迹,这种现象也是发生在很久以前,或者水星表面根本就没有火山。它内部收缩产生的能量非常有限,所以也不可能使它内部的物质成为熔融状。水星的组成物质有着高密度的特性,也许同样会有着很高的强度,所以这种物质如果要发生溃塌,应当需要很高的压力,也许正是因为物质的高强度的特性,才使得水星上的急斜面在几千米的高度下也不会发生坍塌,它的表面虽然已经发生收缩,但并没有收缩完全。水星的起源初期的母体也许是一块巨大的一体的岩石,这块岩石也许来源于某一巨大星体的内部,星体发生爆炸之后这块巨大的岩石运动到了水星现在的位置,吸引其它的物体并开始表面收缩,形成了现在的水星,所以才有着高密度。另一种可能是水星距离太阳太近,以至于太阳的高温蒸发了那些低密度的物质,只留下了高密度、高沸点的物质。如果对水星内部的密度变化进行探测,相信多数的组成物质密度都是相同的。

2          金星与地球类似

3          月球

月球应当与地球有着相同的起源,密度为3.34/立方厘米,它们的组成物质也应该大致相同,但是由于月球的质量较小所以内部收缩产生的能量也很少,如果只根据质量比较,水星应当释放出比月球多得多的能量,但是由于水星组成物质的高强度,会阻碍收缩的发生,导致内部能量很少。而月球物质密度较低,强度小,所以它的表面和内部更容易发生收缩,所以它的形状更规则。内部收缩释放了少许的能量,也许已经在远古时代就已经通过火山的形式释放殆尽。它内部的圈层结构就是这种收缩的表现。

4          火星  

火星的质量为水星的两倍,密度为 3.934/立方厘米 ,月球、金星、地球和火星应当有着相似的物质组成,表现为随着质量的增加密度增加,密度的增加主要是由于内部的收缩引起的,质量越小,发生收缩的物质就越少,密度也就越小,内部的圈层结构也很单一,释放的能量也就越少。相反,金星和地球质量巨大,收缩的越多,释放的能量就越多,所以到目前为止仍然有火山地震,以及板块运动现象,内部的圈层结构也相对复杂。火星的内部结构要相对简单得多,也许只有一个很小的密度较大的内核,而这个内部收缩产生的能量也不会很多,如果火星也是一个古老的星球,那么它内部的有限的能量也许早已经释放完全,目前不会再有火山和地震。火星上巨大的奥林匹斯山脉应当不是火星内部板块运动产生的,因为它的内部不会有这么大的能量,而是火星表面收缩之时遗留下来的,由于火星表面引力较小,才允许存在如此高的落差。火星的两颗小卫星质量都很小,形状不规则,密度也很低,应当是起源于一次对某一大行星的碰撞,由固体的冰飞溅出来所形成。

 

5          木星 、土星、天王星、海王星

这几个天体都是体积巨大的气体星球,至少目前看来是这样,因为它们都有着浓密的大气,现今我们还不能够透过它们的浓密的大气层看到它们固体或者液体的表面。也许正是这个原因,人们通常认为它们都主要是由气体组成的星球,而固体内核只占体积和质量的很小的一部分。它们的形成也许类似于太阳,最初太阳系中弥漫着各种元素(以分子或者固体形式存在,其中以氢氦分布的密度最大)以及一些质量较大的天体,这些天体成为了形成行星的基础,它们不断吸引着游离在太空中的固体颗粒或者气体分子,质量和体积慢慢增大,形成了今天的太阳系。当然这些过程都是发生在太阳成为一颗恒星以后。之所以类地行星主要由岩石组成,密度很大,主要是因为它们都距离太阳很近,那些冰状的颗粒在如此近的距离上,在太阳高温的炙烤下,冰全部汽化了,只留下了不怕高温的岩石,之后它们才聚集成了今天的类地行星。而到了木星的距离以后,由于远离太阳,冰状物质可以稳定存在,这从巨行星的卫星就可以看得出,因为它们绝大多数都是由多数的冰和少量的岩石组成的。可以推测出在太阳系形成的最初期,多数的固体物质都是以冰包裹着岩石的形式存在,而气体分子数量远远超过固体物质。形成巨行星的原始天体,也就是现在的内核的很小的一部分(类似于它们的较大的卫星,但肯定要远比它们巨大,所以才可以作为引力的核心)不断吸引着这些固体物质,体积和质量越来越大,而由于质量的增加,所能吸引的气体分子也越来越多,从最开始吸引氮气、氧气,逐渐过度到吸引甲烷等,到最后吸引氢气和氦气。由于在它们所处的区域内(特别是木星和土星处),有着丰富的氢和氦元素的分布,使得星球的体积急速的膨胀起来形成了巨行星。这也许是巨行星的形成过程,当然也是其它行星的形成过程。在巨行星内部,肯定会存在着明显的分层结构,即使在大气层中也许都是这样。最上层为氢和氦,紧接着是甲烷,之后是氮气和氧气,等等。当然,在高压力下也许某些气体表现为液体或者固体的形式。它们的内部同样也会有着明显的分层结构,因为它们的质量非常巨大,引力吸引着自身的物质向内部收缩,当压力达到一定值时,某一层位的物质就开始收缩,同时释放能量,密度也相应增加,与地球的收缩是一个道理。巨行星收缩的体积、释放的能量要远比地球巨大,同时,浓密的大气阻碍了能量的散失,导致了巨行星表面的变化无常。可以断定,巨行星目前都会存在着巨大的内部能量,它们仍然需要久远的时间才能恢复平静。

天体吸附宇宙中的气体分子和固体物质同样适用于类地行星,类地行星是吸附太阳系附近的岩石逐渐成长的(这些岩石是固体物质被太阳的热量剥落了裹在外面的冰壳之后的遗留物),随着质量的增大,吸引的气体分子也逐渐增多,近而形成了今天它们各自的大气层。至于天体能够吸引何种类型的气体分子形成大气层,取决于个两方面,一个是天体的质量,另一个是天体所处区域的能量密度。天体质量越大,就可以吸收更多的质量小的气体分子,天体表面的能量越高,气体分子就可以获得更多的动能,质量小的分子就可以获得更快的速度,所以往往就会散失很多气体分子,只能留下质量大的气体分子。理想气体的状态方程对此也许可以给出一定的解释。分子运动论认为理想气体分子的平均移动动能完全由气体的温度确定,温度是分子平均移动动能的度量,以数学形式表达为:第二部分(2)——天体的收缩 ,其中第二部分(2)——天体的收缩 k为波尔兹曼常数, m为气体分子的质量, w为气体分子的平均移动动能。当天体表面温度达到一定值时,气体分子能够获得足够的动能,而天体表面的引力如果很小,气体分子就不会停留在天体表面上,即当 第二部分(2)——天体的收缩时( M为天体质量, r为表面到天体中心的距离),天体表面的气体就会散失到太空。天体表面能量的来源可以来自太阳,也可以来自天体本身的收缩,类地行星的表面能量的获得多数是来自太阳,而气体行星能量主要来自其自身。

地球上的水有两种可能的来源,一种是在地球形成的初期,通过不断的吸收太空中的小天体使质量不断增大,虽然由于地球所处的位置距离太阳比较近,但仍有一部分小天体在外面的冰冻的外壳没有被完全融化掉时坠入地球,融化成了现在的海洋,另一种可能是来源于彗星的相撞。而金星上没有水,一方面有可能是吸收的天体全是岩石,没有冰冻的外壳,另一种可能则是由于金星表面温度太高,水分子都被散失到了太空。水在太阳系中应该是一种普遍存在的物质,那些冰冻的星球多数都应该存在着水。

 

6          木星的卫星

木卫一、 质量8.93*10E22kg   ,直径3630 km,与木星的距离为422000km ,天体的密度为3.5714g/cm3 。这个天体有两个主要的特点,一是天体的高密度,通常情况下,在木星轨道上或者更远的轨道上的天体,都是冰冻的星球,它们的密度都很低,而木卫一却有着类似与类地行星一样的高密度。与类地行星的形成相类似,在木卫一形成之时,在它附近也会有着巨大的能量释放过程,很明显,能量的来源只能是木星。木星形成之初由于引力收缩而释放出了巨大的能量,将离其距离比较近的小天体外面的冰壳融化,只留下熔点比较高的岩石,岩石聚集形成了木卫一。虽然目前木星向太空释放的能量不是很多,但是在它形成的初期,在收缩的最早期,释放的能量是相当巨大的,整个天体表面就如同被煮沸了一般,向宇宙释放着巨大的能量,经过一段时间之后,才基本恢复了平静,但是由于木星内部仍然蕴藏着巨大的能量,所以在它的表面,也许依然会从内部喷涌出巨大的能量。地球也应当有着类似的过程,在形成的初期,有一个能量聚集释放的阶段,地球表面被熔岩覆盖。经过一段时间之后才慢慢冷却,目前只有零星的能量释放过程,主要表现为火山地震。木卫一另一个主要的特点是天体表面目前仍然非常活跃,火山现象频繁,天体表面非常年轻。如果木卫一在几十亿年以前已经具有了现在的质量,经过如此长的时间,它内部的能量应当已经释放了很多,目前不应当如此活跃。科学界认为是木星的另外两颗卫星对木卫一的引力,使木卫一本身产生了扭曲变形,这个力产生了能量,并转化为天体内部的能量。但是即使存在着这样的扭曲变形,要想产生如此规模的能量,也是不可思议的。或许可以从另一方面解释,早期木卫一并没有现在这么巨大的质量,它的内部发生收缩并且释放了能量,天体内部只有少量的能量。但是也许在太阳系的历史中的某一个阶段(距离目前也许不遥远),发生了一次撞击爆炸,一个巨大的碎片撞击到了木卫一,它们合并成了现在的木卫一,增加的质量达到了天体进一步收缩的要求值,使木卫一进一步收缩,并且开始重新释放能量(当然也有可能是太阳系中某一个天体脱离了原来的轨道而和木卫一相撞),目前木卫一仍然处于这种收缩并释放能量的早期阶段,就如同早期的地球。

木卫二、质量4.8*10E22  ,直径3138 km ,距离木星670900km , 密度2.9683g/cm3  ,与木卫一一样,它也主要是由岩石构成。但是由于它距离木星较木卫一要远,所以在形成的时候,有一些小天体的外面冰冻的外壳没有完全蒸发,这些天体被木卫二吸收之后,外面包裹的冰融化之后,在卫星表面形成了一层冰冻的外壳,包裹住了整个天体表面。木卫二的形成也许与地球类似,它们都是吸收太空中没有被完全剥落冰外壳的天体而形成了表面的海洋。在木星形成的初期,木星的作用类似与太阳,释放出了巨大的热量,由于木卫一距离木星太近,附近的天体的冰外壳被完全剥落,所以,它们的表面没有海洋,类似与水星和金星;而木卫二所处的位置刚好类似于地球之与太阳所处的位置,保留了一部分剩余的冰,降落到地面形成了海洋。木卫二目前仍有火山现象,说明它的内部仍然有巨大的能量。也许内部的收缩只是产生这种能量的一个方面,它的表面明显的在发生着变化,能量或许来自于天体内部,或许来自于其它天体的撞击。

木卫三、卫星质量 1.48*10E23kg  ,直径5262km  ,距离木星1070000km  ,密度为1.941g/cm3 ,是木星最大的卫星。它到木星的距离较远,密度也明显小于木卫一和木卫二,主要是在它形成的初期吸收了比较多的冰状物质,但是岩石仍然占据主要部分,也是由于木星早期释放的热量蒸发掉了一部分冰状物质的结果。它的表面覆盖着一层冰,在它的内部也会有低密度的物质,这些低密度的物质没有被完全蒸发掉,它们也是组成天体的一部分。木卫三的质量足够大,可以产生内部收缩并释放能量,多数的能量已经在很久以前被释放,天体内部残存的能量可以将表面部分加热,而使表面产生液体的流动性,使得木卫三部分地区被一次次覆盖而显得年轻,但是部分地区由于不是能量释放的薄弱环节,同时又主要有岩石构成,所以显得很古老,一些陨石坑经过了很久的时间依旧保留。当陨石击中在冰面上,产生的热量会使冰融化并覆盖掉部分环行山,并有可能将陨石坑完全添满,部分或全部的消除撞击的痕迹,这种现象也存在与木卫三上。

木卫四、质量 1.08*10E23kg,直径 4800km ,距离木星1883000km ,密度1.8659 g/cm3。是木星的第二大卫星。在木星的四个大卫星中距离木星最远,密度最低。主要是有冰和岩石构成,密度相对要小说明它所含有的冰的比例更多。它的表面也有很多冰的分布,一些撞击坑因为冰的存在已经没抹平。它的质量足够大,所以也应当有内部的分层结构,并且曾经释放过能量。不知为何它的表面如此平静,就好象在远古时代就已经把能量释放完全了。如果它的内部没有分层结构,也就不存在内部的能量了,但是质量如此巨大的天体没有内部分层是不可思议的。

1、          土星的卫星

土卫六、质量1.35*10E23kg ,直径5150km ,距离土星1221830km ,密度为1.8886 g/cm3。在大小以及组成上多与木卫三、木卫四相似。土卫六有浓密的大气层,甚至比地球的都要稠密。这与它自身的质量是不符合的。这些气体应该来自于天体内部,并且源源不断的进入大气层,若非如此,它表面的大气多数将消失,不是散失到了太空,就是变成固体或者液体降落到星球表面。土卫六的表面应当是极其不平静的,无数的火山向外面喷发出气体,使的大气层变的越来越稠密。土卫六也应当是一颗相当年轻的星球,与木卫一相似。它们都处于内部收缩的初始阶段,内部产生的巨大的能量正在释放。表面分布着无数的火山,喷涌着气体和液体。也许,它们都是由两颗巨大的天体相互撞击而形成的。这次撞击的历史也不会太久远,否则它们的表面应当早已平静了。

土星的其它卫星:土星的其它卫星都类似,都是由多数的冰以及少量的岩石构成,密度也都很小。主要是由于天体距离太阳的距离太过遥远,太阳的热量无法蒸发裹住天体外面的冰层,才导致了它们的低密度。在木星轨道的距离上,多数天体都是由冰和岩石构成的,它们的密度都很小。当然,土星的卫星有的质量较大,并且表面收缩为球形,也许内部也发生了引力收缩,并且曾经释放过能量。但是除了土卫六之外,表面都很平静。这说明它们也许都很古老,内部的能量已经释放了大部分。当然,如果质量太小,就不会有内部收缩,也就不会有内能,当然也不会有火山现象了。

2、          天王星的卫星

天王星的卫星都很类似,冰和岩石的比例近乎相同,它的几个较大的卫星(直径超过一千公里)表面现象也相似,都曾经有过火山现象,但目前这些卫星都很平静,这说明它们都有内部收缩的过程,但是由于质量比较小,所产生的内能也有限,所以,在它们形成的初期所释放的能量也不会太多,它们表面曾经出现过的流体的流动的迹象,更有可能来源于陨石的撞击。

3、          海王星的卫星

海卫一的质量比较大,密度也相对大一些(达到2),它的不寻常的轨道(逆行)在某一方面也许可以说明它形成的历史不会太久,因为在大卫星中只有这一个特例,它的轨道不会是一个稳定的状态,否则也不会只有这样一个例子。同时,它的表面目前仍比较活跃,火山现象正在发生。火山的能量更有可能来自它的内部,内部的收缩导致了整体密度的增加。如果它形成的历史比较久远,火山应当早已熄灭,目前火山仍在喷发,也从一方面说明它形成的历史不会太久。

海卫八近似一个球体,说明它的表面发生了部分的收缩,但是由于质量没有达到一定值,所以收缩的并不完全,当然它的内部就更不会发生引力收缩了,内部也不会存在能量。假如在经过若干小天体的碰撞,它吸收的质量也许会让自己变的更圆一些。冥王星以及冥王星的卫星在很多方面有类似,也许它们与海卫一有着某种联系,但是对冥王星的观察资料有限,也不清楚它的表面是否有火山现象,但是如果它与海卫一形成与同一个事件,那么它的表面目前也应当有火山在喷发。

4、          彗星和小行星

彗星的质量都很小,所以它们自身不会发生引力收缩,也不会有内部能量。表面不会有火山现象,但当它们距离太阳很近时,剧烈的蒸发也许会类似于火山现象。小行星在太阳系中分布很广泛,有的距离太阳非常近,有的非常遥远。它们的体积和质量都很小,多数都呈现不规则形状,也许最大的小行星也只是完成了表面的收缩,内部不会有能量,因为它们没有大气,没有火山现象。它们随着距离太阳的远近,密度也会发生变化,距离太阳近的,多数都是由岩石构成,密度相对较大,小行星带上的天体密度也许会有些差别,有些吸收更多的太阳的热量,岩石的比例就会高一些,那些隐藏在阴暗角落里的天体,由于冰没有蒸发,密度就会低一些。彗星和小行星也许来自于同一次撞击。撞击-分裂与吸收-组合也许是宇宙中永恒的现象。

                                                                                

彗星的起源,形状与结局

在太阳系中的天体这一节中,有关于彗星的详细介绍。对彗星的特点归纳起来有以下几点:

1、          彗星的轨道呈现及扁的椭圆型,有些轨道是双曲线或者抛物线。

2、          当彗星接近太阳时,彗核物质会蒸发,形成巨大的彗发或彗云。

3、          彗星的质量都很小,并集中在彗核。

4、          彗星中富含有机分子。

关于彗星的起源,目前有多种学说。               

第一种是认为在太阳系外围有一个特大彗星区,那里约有1000亿颗彗星,叫奥尔特云,由于受到其它恒星引力的影响,一部分彗星进入太阳系内部,又由于木星的影响,一部分彗星逃出太阳系,另一些被“捕获”成为短周期彗星;另一种是认为彗星是在木星或其它行星附近形成的;还有人认为彗星是在太阳系的边远地区形成的;甚至有人认为彗星是太阳系外的来客。因为周期彗星一直在瓦解着,必然有某种产生新彗星以代替老彗星的方式。可能发生的一种方式是在离太阳105天文单位的半径上储藏有几十亿颗以各种可能方向绕太阳作轨道运动的彗星群。这个概念得到观测的支持,观测到非周期彗星以随机的方向沿着非常长的椭圆形轨道接近太阳。随着时间的推移,由于过路的恒星给予的轻微引力,可以扰乱遥远彗星的轨道,直至它的近日点的距离变成小于几个天文单位。

彗星的数量很多,并且运行在一个非常扁的椭圆轨道,并且轨道没有一定的规律,很多与黄道面有很大的夹角,著名的哈雷慧星甚至是反方向运转的,轨道表明彗星的形成没有一定规律,象是一个随机现象,好象有一种神秘的东西将它们在太阳系中随便的抛洒。怎么样才能解释彗星的这些奇怪的特性呢?我们都曾经有过把一个物体抛向水中的经历,物体落入清澈的水中,会溅起无数晶莹的水滴,而将物体抛向非常浅的水中,也许溅起的水滴会夹杂着泥砂弄脏你的衣服。溅起的水滴随机分布,飞向四面八方。如果把这种现象放大到宇宙中,假设有一个巨大的星球,表面覆盖着液体的海洋,有一个相对来说小得多的天体由于某种力的作用,偏离了原来的轨道,被这个巨大的星球捕获,这两个天体发生了猛烈的撞击水花飞溅,溅起的水滴进入到太空,这种水滴也将随机分布,并且大多数运行在极扁的椭圆轨道。

作者认为彗星起源于很久以前的一次撞击,彗星普遍质量都很小,并且运行的椭圆轨道偏心率很大,通常彗星被描绘成脏雪球,当起运行到近日点附近时,受热蒸发形成彗发和彗云。由此可见,其主要部分多数是冰冻的液体,彗星彗核部分是一个冰冻的圆球。

在几十亿年前,一个质量巨大的天体撞击了一个质量更加巨大的天体,或许这个被撞击的天体就是木星,这个被撞击的天体表面覆盖着巨大的海洋,或许有十几万米的深度,有一部分是固体的冰,而有部分是以液体形式存在,外来的天体撞击到了液体的海洋上,飞溅的液体进入太空,形成了彗星。由于多数飞溅的液体飞行的方向与圆形轨道有明显的角度,并且运动速度非常快,形成了现今极扁的的椭圆轨道。

我们对向水中抛出物体产生飞溅的水滴都有直观的意识,这次撞击与击水相同,产生了成千上万的水滴,所以我们可以把彗星描绘成运行在太空中的巨大的水滴。同时,由于撞击使海洋中的水体变得浑浊,溅起的水滴夹杂着泥土一同飞向太空。

如果彗星来源与此,我们就可以推断,太空中的彗星多数都是形态规则的水滴形,有些非常明亮,因为它们飞起的时候所含泥土很少,而有些则夹杂着大量的泥土,所以显得有些暗淡,但不管怎样,它们的形态都是近球形,这与小行星有很大的不同。

彗星由于主要由液体组成,并且运行在极扁的轨道上,近日点距离太阳非常近,这就决定了它们的最终命运----在太空中弥散消失。因为它们在近日点时会蒸发掉可观的质量,久而久之,随着运行周期的增加,彗核会蒸发殆尽,那些包裹着泥土和灰尘的彗星,当热量破坏了冰冻的凝结之后,泥土和灰尘也将逐渐弥散消失。

由于彗星起源位置的固定性,可以推断,虽然彗星在太阳系中呈现随机分布,但是它们的轨道如果没有受到外来天体的干扰,都会相交于一点,这一点就是撞击发生点。作者并不认同彗星来自于遥远的太阳系边界(如果把彗星看作太空中的水滴,那么在它形成之初应当是液体的,而在遥远的太阳系边界不太可能存在大质量天体,在那些几乎得不到任何能量的地方是不太可能存在液体的),而是来自于一次偶然事件,它们与小行星一样来自于同一次撞击,唯一的区别就是一类撞击的时候是液体,而另一类是固体,当然液滴会获得更多的能量,也会飞得更远。

                                                                               

 

 

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