Что удерживает газовый гигант от саморазрушения?

В центре гравитации недостаточно, чтобы начать ядерный синтез, но кажется, что ее достаточно, чтобы разрушить планету.

Я не физик и только предполагаю, но не может ли быть причиной вращение звезды?
Я склонен согласиться... Я знаю, что газовые гиганты имеют свойство очень быстро вращаться.
Ответ Пульсара имеет больше смысла, чем то, что я сказал. Если бы он вращался без теплового потока, я думаю, он бы все равно рухнул?
Может быть, он падает сам на себя, просто это не свободное падение!
Ротация может быть фактором. Я думаю, что для газового гиганта это довольно мало, но максимально допустимое для нейтронной звезды (до того, как она сколлапсирует в черную дыру) значительно выше в случае быстрого вращения (по сравнению со статичным).

Ответы (3)

Ответ Pulsar действительно правильный, но позвольте мне немного расширить его.

Что происходит, когда газовый гигант сжимается?

Однородная масса будет иметь собственный гравитационный потенциал − 3 г М 2 5 р . Если мы уменьшим его радиус, то уменьшится и его потенциал, а разница превратится в тепловую энергию. Хотя газовые гиганты и звезды не являются шарами с однородной массой, их гравитационная энергия связи все же пропорциональна г М 2 р , Таким образом, если радиус уменьшается, это высвобождает энергию, которая в свою очередь повышает температуру.

Что происходит при повышении температуры?

Предполагая, что газ на этих планетах подчиняется закону идеального газа

п В "=" н р Т
(где р это не радиус, а молярная газовая постоянная р "=" 8.314 Дж.К. − 1 моль − 1 ), очевидно, что когда Т увеличивается и В уменьшается (из-за усадки в предыдущем разделе) п должен увеличиваться. Обратите внимание, что большинство реальных газов качественно ведет себя как идеальный газ, так что это не безумное предположение.

Итак, какова общая картина?

Планета немного сжимается, разность потенциалов превращается в тепловую энергию и ее температура повышается. Повышение температуры вызовет повышение давления и предотвратит дальнейшее сжатие планеты (удерживая планету в гидростатическом равновесии ). Однако планета также теряет энергию из-за электромагнитного излучения, поэтому она будет постоянно сжиматься и излучать. Этот процесс называется механизмом Кельвина-Гельмгольца .

Например, Юпитер сжимается на крошечную часть 2 см каждый год. Хотя вы можете подумать, что на самом деле это ничего, количество произведенного тепла аналогично общему количеству солнечного излучения, которое он получает.

Приложение (ноябрь 2020 г.)

Как правильно заметил Роб Джеффрис, что в конечном итоге удерживает газовый гигант от коллапса на неопределенный срок, так это давление вырождения электронов. В конце концов из-за высокого давления водород и другие элементы в недрах газового гиганта претерпят фазовый переход в металлическую фазу и больше не будут сжиматься.

Не могли бы вы дать ссылку на усадку на 2 см в год? Знаете ли вы, чем обусловлена ​​эта скорость: потерями тепла или сжатием, вызванным падением космического мусора на Юпитер?
@WetSavannaAnimalakaRodVance Это хорошо известное число. Я думаю, что страница Юпитера в Википедии также упоминает об этом. Я думаю, что в нем преобладают (даже расчетные) потери тепла.
Это хороший ответ. Было бы еще лучше, если бы там упоминалась теорема Вириала.
@dmckee Спасибо. Я согласен, это другой подход (и, может быть, даже чище). Я мог бы добавить позже.
Ни слова о давлении вырождения?
@RobJeffries Вы правы в том, что давление вырождения электронов - это то, что в конечном итоге удерживает ядро ​​газового гиганта от коллапса. Однако я все еще думаю, что газовые гиганты в нашей Солнечной системе слишком молоды, чтобы это стало доминирующим эффектом.
@Ali Ну, это не так. Ядра газовых планет-гигантов имеют высокую степень вырождения и не подчиняются п В "=" н р Т . Дальнейшее (не википедическое) чтение можно найти на arxiv.org/pdf/astro-ph/0502068.pdf .

Гравитация Юпитера уравновешивается тепловым давлением его атмосферы: Юпитер находится в гидростатическом равновесии (или квазиравновесии: он медленно теряет тепло в виде излучения).

Юпитер все еще сжимается (медленно), но в конечном счете даже это будет остановлено давлением вырождения электронов . Именно здесь свободные электроны в ядре становятся настолько плотными, что они не могут (все) занимать низкоэнергетические квантовые состояния из-за принципа запрета Паули. В этих обстоятельствах закон идеального газа неприменим; вместо этого давление (из-за ненулевого импульса электронов) становится зависимым только от плотности газа, а не от его температуры. Есть также много других осложнений, связанных с кулоновскими взаимодействиями в смесях водорода и гелия при высоких плотностях.

Таким образом, даже несмотря на то, что планета продолжает излучать остаточное тепло, это охлаждение не приводит к значительному дальнейшему сжатию, поскольку внутреннее давление сильно не меняется. Если бы не давление вырождения, то в конечном итоге газовый гигант рухнул бы.

В настоящее время ядро ​​Юпитера находится в частично вырожденном состоянии с отношением температуры Ферми к температуре Т Ф / Т ∼ 10 (например , Guillot 2005 ), что ограничивает скорость его сокращения. Более молодые, более горячие и большие планеты-гиганты будут более точно следовать приведенной выше трактовке идеального газа и сжиматься быстрее.

Что удерживает газовый гигант от саморазрушения?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v