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宇宙中的天体都在自转,那么初始角动量从何而来呢?

 fxiaog 2023-01-23 发布于安徽

当宇宙中的天体开始形成时,它们的初始角动量是如何获得的?我们首先要知道,当一个物体开始旋转时,即一旦有了角动量,它只需要改变转动惯量就可以改变它的转速。

转动惯量也叫转动惯量,那么什么是转动惯量呢?

牛顿第二定律告诉我们,力等于质量乘以加速度(fma),或者更准确地说:力是物体动量随时间变化的方式。如果你对一个物体施加一个外力,这个物体的动量,或者说它现在的运动方式,就会发生变化,它会告诉我们动量改变了多少。除非对物体施加外力,否则其动量不会改变。

如果宇宙中的所有物质都是由沿着同一条直线的质点组成的,那么宇宙体系中就不存在角动量这个东西。但在真实的宇宙中,物体的运动是分布在三个维度上的。

所以在一个系统中不仅有动量还有角动量。动量的变化取决于质量,角动量的变化取决于质量和质量分布的组合。质量及其分布方式构成了转动惯量。牛顿第二定律是指物体如何改变其动量。描述质量如何随速度变化,还有一个等效定律也描述了物体的角动量如何变化,或者说转动惯量如何随转速变化。

花样滑冰运动员在旋转得更快时改变手臂和腿的位置是惯性矩如何随速度变化的一个很好的例子:随着滑冰者的质量分布更靠近旋转轴,惯性矩减小并且相应的转速增加。增加以补偿转动惯量的减少。因此,旋转物质的质量分布发生变化(向上或向下),相应的旋转速度也会发生变化(向下或向上)以进行补偿,从而实现动量守恒。正如牛顿第二定律告诉我们的,我们可以通过施加外力来改变系统的动量,也可以通过施加外力来改变系统的角动量。

扭矩是改变物体旋转状态的力。

宇宙中气体云的角动量是怎么来的?

宇宙中的每个恒星系统都曾经是气体和尘埃的气态云。气体云的质量可能是太阳的数千或数百万倍,它们曾经分布在数百或数千光年内。如果这些气体云,或者我们今天看到的气体云有任何旋转,因为惯性矩太大,旋转速度会非常非常小,基本感觉不到,因为弥散的气体云可以带走。数十亿年。完整的脊柱。

但是气体云,就像宇宙中的所有物体一样,并不是孤立存在的。气体云存在于宇宙中所有其他物质和能量之中,所有物质都受引力定律的约束。宇宙中任意两个质量体相对运动时,只要稍微错开一小段距离,两种物质之间相互施加的引力就会产生扭矩,从而在引力作用下产生角动量.力量

这种现象被称为潮汐力矩,早在1976年,物理学家吉姆·皮布尔斯就从理论上解释了宇宙物体角动量的来源。因此,宇宙中几乎每一个有质量的物体,不管它是否天生具有非零角动量,在138亿年后都会有角动量。包括每一个气体云,包括形成我们太阳系的气体云。

我们可以进一步将巨大的气体云分解成单个恒星和恒星系统正在形成的区域。以我们的太阳系为例。

为什么太阳系主要天体的公转和自转方向几乎相同?

不管后来形成太阳系的气体云的内部角动量如何,气体云最初都是以三轴椭球体的形式分布的。气体云一开始不可能是一个完美的球体,它在物质分布上总会显得不均匀。上图中的三轴椭球体就是一个很好的类比。在椭球体中,其中一个轴会比另一个轴大其他两个轴。更短。当气体云在引力作用下坍缩时,它首先沿着最短的轴坍缩得最快,因为构成所有恒星和行星的普通物质在引力作用下相互作用和碰撞,旋转速度也会增加。

不管行星盘的角动量是多少,整个行星盘都会有一个整体的净旋转方向!因此,在我们的太阳系中,所有的行星都以相同的方向(逆时针方向,从太阳的北极向下看)绕太阳公转,太阳也以相同的方向自转,几乎所有的卫星都以相同的方向公转。当绕行星运行时,所有行星都沿同一方向绕其轴旋转。

只有两个例外:金星几乎不转,而且方向相反;天王星直接在其轨道上旋转。两个世界的角动量被认为已被外部物体的干扰显着改变,很可能是很久以前的一次巨大碰撞。.即它们的旋转是受外力矩的影响而改变的!

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