stringtranslate.com

Солнечная масса

Солнечная масса ( M☉ ) — стандартная единица массы в астрономии , равная примерно2 × 10 30  кг . Она примерно равна массе Солнца . Его часто используют для обозначения масс других звезд , а также звездных скоплений , туманностей , галактик и черных дыр . Это соответствует примерно двум нониллионам ( короткая шкала ), двум квинтиллионам ( длинная шкала ) килограммам, 2000 кветтаграммам или 2 кветтакилограммам:

М ☉ =( 1,98847 ± 0,00007 ) × 1030  кг _ _

Солнечная масса составляет околов 333 000 раз больше массы Земли ( ME ) , илиВ 1047 раз больше массы Юпитера ( МДж ) .

История измерений

Значение гравитационной постоянной было впервые получено на основе измерений, которые провел Генри Кавендиш в 1798 году с помощью крутильных весов . [2] Полученное им значение отличается всего на 1% от современного значения, но не было таким точным. [3] Суточный параллакс Солнца был точно измерен во время прохождения Венеры в 1761 и 1769 годах, [4] что дало значение9″ (9  угловых секунд по сравнению с текущим значением8,794 148 ″ ). По значению суточного параллакса можно определить расстояние до Солнца исходя из геометрии Земли. [5] [6]

Первая известная оценка солнечной массы была сделана Исааком Ньютоном . [7] В своей работе «Начала» (1687) он подсчитал, что отношение массы Земли к массе Солнца составляло около 1 ⁄ .28 700 . Позже он определил, что его значение основано на ошибочном значении солнечного параллакса, которое он использовал для оценки расстояния до Солнца. Он скорректировал свое расчетное соотношение до 1 ⁄169 282 в третьем издании «Начал». Текущее значение солнечного параллакса еще меньше, что дает расчетное соотношение масс 1 ⁄332 946 . [8]

В качестве единицы измерения солнечная масса вошла в употребление до того, как были точно измерены АС и гравитационная постоянная. Это связано с тем, что относительная масса другой планеты в Солнечной системе или объединенная масса двух двойных звезд может быть рассчитана в единицах солнечной массы непосредственно из радиуса орбиты и периода обращения планеты или звезд с использованием третьего закона Кеплера.

Расчет

Массу Солнца нельзя измерить напрямую, вместо этого она рассчитывается на основе других измеримых факторов с использованием уравнения для периода обращения небольшого тела, вращающегося вокруг центральной массы. [9] На основании продолжительности года, расстояния от Земли до Солнца ( астрономическая единица или а.е.) и гравитационной постоянной ( G ), масса Солнца определяется путем решения третьего закона Кеплера : [10] [11]

Величину G трудно измерить, и она известна лишь с ограниченной точностью ( см. эксперимент Кавендиша ). Значение G , умноженное на массу объекта, называемое стандартным гравитационным параметром , известно для Солнца и нескольких планет с гораздо более высокой точностью, чем только G. [12] В результате масса Солнца используется в качестве стандартной массы в астрономической системе единиц .

Вариация

Солнце теряет массу из-за реакций термоядерного синтеза , происходящих внутри его ядра, приводящих к излучению электромагнитной энергии , нейтрино и выбросу вещества с солнечным ветром . Это изгнание о(2–3) × 10–14 М  ☉ / год. [13] Скорость потери массы увеличится, когда Солнце войдет в стадию красного гиганта , поднявшись на(7–9) × 10 −14  M ☉ /год, когда он достигает кончика ветви красных гигантов . Это увеличится до 10−6  M ☉ /год на асимптотической ветви гигантов , прежде чем достичь пика со скоростью от 10 −5 до 10 −4 M ☉ /год, когда Солнце порождает планетарную туманность . К тому времени, когда Солнце станет выродившимся белым карликом , оно потеряет 46% своей стартовой массы. [14]

Масса Солнца уменьшалась с момента его образования. Это происходит посредством двух процессов в почти равных количествах. Во-первых, в ядре Солнца водород преобразуется в гелий посредством ядерного синтеза , в частности p-p-цепи , и эта реакция преобразует некоторую массу в энергию в виде фотонов гамма-излучения . Большая часть этой энергии в конечном итоге излучается от Солнца. Во-вторых, протоны и электроны высоких энергий в атмосфере Солнца выбрасываются непосредственно в космическое пространство в виде солнечного ветра и корональных выбросов массы . [15]

Первоначальная масса Солнца в момент достижения главной последовательности остается неопределенной. [16] Раннее Солнце имело гораздо более высокие темпы потери массы, чем сейчас, и оно могло потерять от 1 до 7% своей натальной массы в течение своей жизни на главной последовательности. [17] Солнце набирает очень небольшую массу в результате воздействия астероидов и комет . Однако, поскольку Солнце уже содержит 99,86% общей массы Солнечной системы, эти удары не могут компенсировать потерю массы в результате излучения и выброса. [ нужна цитата ]

Связанные подразделения

Одну солнечную массу M ☉ можно преобразовать в соответствующие единицы: [18]

В общей теории относительности также часто бывает полезно выражать массу в единицах длины или времени.

Параметр солнечной массы ( G · M ☉ ), указанный Рабочей группой IAU Division I, имеет следующие оценки: [19]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Астрономические константы» (PDF) . Астрономический альманах . 2014. с. 2. Архивировано из оригинала (PDF) 10 ноября 2013 года . Проверено 10 апреля 2019 г.
  2. ^ Кларион, Джеффри Р. «Универсальная гравитационная постоянная» (PDF) . Университет Теннесси по физике . ПАСКО. п. 13 . Проверено 11 апреля 2019 г.
  3. ^ Холтон, Джеральд Джеймс; Браш, Стивен Г. (2001). Физика, человеческое приключение: от Коперника до Эйнштейна и далее (3-е изд.). Издательство Университета Рутгерса . п. 137. ИСБН 978-0-8135-2908-0.
  4. ^ Пекер, Жан Клод; Кауфман, Сьюзен (2001). Понимание небес: тридцать веков астрономических идей от древнего мышления до современной космологии . Спрингер. п. 291. Бибкод : 2001uhtc.book.....С. ISBN 978-3-540-63198-9.
  5. ^ Барбьери, Чезаре (2007). Основы астрономии . ЦРК Пресс . стр. 132–140. ISBN 978-0-7503-0886-1.
  6. ^ «Как ученые измеряют или рассчитывают вес планеты?». Научный американец . Проверено 1 сентября 2020 г.
  7. ^ Коэн, И. Бернард (май 1998 г.). «Определение Ньютоном масс и плотностей Солнца, Юпитера, Сатурна и Земли». Архив истории точных наук . 53 (1): 83–95. Бибкод : 1998AHES...53...83C. дои : 10.1007/s004070050022. JSTOR  41134054. S2CID  122869257.
  8. ^ Леверингтон, Дэвид (2003). От Вавилона до «Вояджера» и дальше: история планетарной астрономии . Издательство Кембриджского университета . п. 126. ИСБН 978-0-521-80840-8.
  9. ^ «Определение массы Солнца». Imagine.gsfc.nasa.gov . Проверено 6 сентября 2020 г.
  10. ^ Декабрь 2018 г., Маркус Ву 06 (6 декабря 2018 г.). «Что такое солнечная масса?». Space.com . Проверено 6 сентября 2020 г.{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  11. ^ «Третий закон Кеплера | Изображение Вселенной». astro.физика.uiowa.edu . Проверено 6 сентября 2020 г.
  12. ^ «Значение CODATA: гравитационная константа Ньютона» . физика.nist.gov . Проверено 6 сентября 2020 г.
  13. ^ Кэрролл, Брэдли В.; Остли, Дейл А. (1995), Введение в современную астрофизику (пересмотренное 2-е изд.), Бенджамин Каммингс, стр. 409, ISBN 0201547309.
  14. ^ Шредер, К.-П.; Коннон Смит, Роберт (2008), «Возвращение к далекому будущему Солнца и Земли», Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества , 386 (1): 155–163, arXiv : 0801.4031 , Bibcode : 2008MNRAS.386..155S, doi :10.1111/j.1365-2966.2008.13022.x, S2CID  10073988
  15. ^ Генуя, Антонио; Мазарико, Эрван; Гуссенс, Сандер; Лемуан, Фрэнк Г.; Нойманн, Грегори А.; Смит, Дэвид Э.; Зубер, Мария Т. (18 января 2018 г.). «Расширение Солнечной системы и строгий принцип эквивалентности глазами миссии НАСА MESSENGER». Природные коммуникации . 9 (1): 289. Бибкод : 2018NatCo...9..289G. дои : 10.1038/s41467-017-02558-1 . ISSN  2041-1723. ПМК 5773540 . PMID  29348613. Цикл термоядерного синтеза, который генерирует энергию для Солнца, основан на преобразовании водорода в гелий, который отвечает за уменьшение солнечной массы со скоростью ~ -0,67×10-13 в год. С другой стороны, вклад солнечного ветра более неопределенен. Солнечный цикл существенно влияет на скорость потери солнечной массы из-за солнечного ветра. Оценки массы, уносимой солнечным ветром, показали скорость от −(2–3)×10−14 M ☉ в год, тогда как численное моделирование совместных моделей короны и солнечного ветра дало скорости от −(4,2–6,9)×10− 14 М ☉ в год. 
  16. ^ «Лекция 40: Солнце прошлого и будущего». www.astronomy.ohio-state.edu . Проверено 1 сентября 2020 г.
  17. ^ Сакманн, И.-Юлиана; Бутройд, Арнольд И. (февраль 2003 г.), «Наше Солнце. V. Яркое молодое Солнце, соответствующее данным гелиосейсмологии и теплым температурам на древней Земле и Марсе», The Astrophysical Journal , 583 (2): 1024–1039, arXiv : astro- тел./0210128 , Bibcode : 2003ApJ...583.1024S, номер doi : 10.1086/345408, S2CID  118904050
  18. ^ "Планетарный информационный бюллетень". nssdc.gsfc.nasa.gov . Проверено 1 сентября 2020 г.
  19. ^ «Астрономические константы: текущие лучшие оценки (CBE)» . Численные стандарты фундаментальной астрономии . Рабочая группа Отдела I IAU. 2012 . Проверено 4 мая 2021 г.