stringtranslate.com

Масса Солнца

Масса Солнца ( M ☉ ) — стандартная единица массы в астрономии , равная приблизительно2 × 10 30  кг . Примерно равна массе Солнца . Часто используется для обозначения масс других звезд , а также звездных скоплений , туманностей , галактик и черных дыр . Точнее, масса Солнца равна

номинальная масса Солнца M ☉ =1,988 416 × 10 30  кг или наилучшая оценка M ☉ =(1,988 475 ± 0,000 092 ) × 10 30  кг . [2]

Масса Солнца составляет около333 000 раз больше массы Земли ( ME ) , илиВ 1047 раз больше массы Юпитера ( М Дж ).

История измерений

Значение гравитационной постоянной было впервые получено из измерений, которые были сделаны Генри Кавендишем в 1798 году с помощью крутильных весов . [3] Полученное им значение отличается всего на 1% от современного значения, но не было таким точным. [4] Суточный параллакс Солнца был точно измерен во время прохождений Венеры в 1761 и 1769 годах, [5] что дало значение9″ (9  угловых секунд , по сравнению с текущим значением8,794 148 ″ ). По значению суточного параллакса можно определить расстояние до Солнца по геометрии Земли. [6] [7]

Первая известная оценка массы Солнца была сделана Исааком Ньютоном . [8] В своей работе «Начала» (1687) он подсчитал, что отношение массы Земли к массе Солнца составляет около 1 ⁄28 700. Позже он определил, что его значение было основано на ошибочном значении солнечного параллакса, которое он использовал для оценки расстояния до Солнца. Он исправил свое расчетное отношение до 1 ⁄169 282 в третьем издании Principia.Текущее значение солнечного параллакса еще меньше, что дает расчетное отношение масс 1 ⁄332 946 .[9]

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

Расчет

Массу Солнца невозможно измерить напрямую, вместо этого ее вычисляют из других измеряемых факторов, используя уравнение для орбитального периода малого тела, вращающегося вокруг центральной массы. [10] На основе продолжительности года, расстояния от Земли до Солнца ( астрономическая единица или а.е.) и гравитационной постоянной ( G ) масса Солнца определяется путем решения третьего закона Кеплера : [11] [12]

Значение G трудно измерить, и оно известно 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 большей точностью, чем G в отдельности. [13] В результате масса Солнца используется в качестве стандартной массы в астрономической системе единиц .

Вариация

Солнце теряет массу из-за реакций синтеза, происходящих в его ядре, что приводит к выбросу электромагнитной энергии , нейтрино и выбросу материи солнечным ветром . Оно выбрасывает около(2–3) × 10 −14  M ☉ /год. [14] Скорость потери массы увеличится, когда Солнце войдет в стадию красного гиганта , достигнув(7–9) × 10 −14  M ☉ /год, когда он достигнет вершины 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 генерирует планетарную туманность . К тому времени, когда Солнце станет вырожденным белым карликом , оно потеряет 46% своей начальной массы. [15]

Масса Солнца уменьшалась с момента его формирования. 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 форме гамма- фотонов. Большая часть этой энергии в конечном итоге излучается от Солнца. Во-вторых, высокоэнергетические протоны и электроны в атмосфере Солнца выбрасываются непосредственно в космическое пространство в виде солнечного ветра и корональных выбросов массы . [16]

Первоначальная масса Солнца на момент достижения им главной последовательности остаётся неизвестной. [17] Раннее Солнце имело гораздо более высокие скорости потери массы, чем в настоящее время, и оно могло потерять от 1 до 7% своей начальной массы в течение своей жизни на главной последовательности. [18]

Связанные единицы

Одна солнечная масса, M ☉ , может быть преобразована в соответствующие единицы: [19]

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

Параметр массы Солнца ( G · M ☉ ), как указано рабочей группой I отдела МАС, имеет следующие оценки: [20]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Прша, Андрей; Гарманец, Петр; Торрес, Гильермо; Мамаек, Эрик; Асплунд, Мартин; Капитан, Николь; Кристенсен-Дальсгаард, Йорген; Депань, Эрик; Хаберрайтер, Маргит; Хеккер, Саския; Хилтон, Джеймс; Копп, Грег; Костов, Веселин; Курц, Дональд В.; Ласкар, Жак (01 августа 2016 г.). «НОМИНАЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ДЛЯ ОТДЕЛЬНЫХ СОЛНЕЧНЫХ И ПЛАНЕТАРНЫХ ВЕЛИЧИН: РЕЗОЛЮЦИЯ МАС 2015 B3 * †». Астрономический журнал . 152 (2): 41. arXiv : 1605.09788 . Бибкод : 2016AJ....152...41P. doi : 10.3847/0004-6256/152/2/41 . ISSN  0004-6256.
  2. ^ Прша, Андрей; Гарманец, Петр; Торрес, Гильермо; Мамаек, Эрик; Асплунд, Мартин; Капитан, Николь; Кристенсен-Дальсгаард, Йорген; Депань, Эрик; Хаберрайтер, Маргит; Хеккер, Саския; Хилтон, Джеймс; Копп, Грег; Костов, Веселин; Курц, Дональд В.; Ласкар, Жак (01 августа 2016 г.). «НОМИНАЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ДЛЯ ОТДЕЛЬНЫХ СОЛНЕЧНЫХ И ПЛАНЕТАРНЫХ ВЕЛИЧИН: РЕЗОЛЮЦИЯ МАС 2015 B3 * †». Астрономический журнал . 152 (2): 41. arXiv : 1605.09788 . Бибкод : 2016AJ....152...41P. doi : 10.3847/0004-6256/152/2/41 . ISSN  0004-6256.
  3. ^ Clarion, Geoffrey R. "Universal Gravitational Constant" (PDF) . University of Tennessee Physics . PASCO. стр. 13 . Получено 11 апреля 2019 г. .
  4. ^ Холтон, Джеральд Джеймс; Браш, Стивен Г. (2001). Физика, человеческое приключение: от Коперника до Эйнштейна и далее (3-е изд.). Rutgers University Press . стр. 137. ISBN 978-0-8135-2908-0.
  5. ^ Пекер, Жан Клод; Кауфман, Сьюзен (2001). Понимание небес: тридцать веков астрономических идей от древнего мышления до современной космологии . Springer. стр. 291. Bibcode :2001uhtc.book.....P. ISBN 978-3-540-63198-9.
  6. ^ Барбьери, Чезаре (2007). Основы астрономии . CRC Press . С. 132–140. ISBN 978-0-7503-0886-1.
  7. ^ «Как ученые измеряют или рассчитывают вес планеты?». Scientific American . Получено 01.09.2020 .
  8. ^ Коэн, И. Бернард (май 1998 г.). «Определение Ньютоном масс и плотностей Солнца, Юпитера, Сатурна и Земли». Архив журнала History of Exact Sciences . 53 (1): 83–95. Bibcode :1998AHES...53...83C. doi :10.1007/s004070050022. JSTOR  41134054. S2CID  122869257.
  9. ^ Левингтон, Дэвид (2003). От Вавилона до Вояджера и далее: история планетарной астрономии . Cambridge University Press . стр. 126. ISBN 978-0-521-80840-8.
  10. ^ "Нахождение массы Солнца". imagine.gsfc.nasa.gov . Получено 2020-09-06 .
  11. ^ Woo, Marcus (6 декабря 2018 г.). «Что такое масса Солнца?». Space.com . Получено 06.09.2020 .
  12. ^ "Третий закон Кеплера | Изображение Вселенной". astro.physics.uiowa.edu . Архивировано из оригинала 2020-07-31 . Получено 2020-09-06 .
  13. ^ "Значение CODATA: Ньютоновская постоянная тяготения". physics.nist.gov . Получено 2020-09-06 .
  14. ^ Кэрролл, Брэдли У.; Остли, Дейл А. (1995), Введение в современную астрофизику (пересмотренное 2-е изд.), Бенджамин Каммингс, стр. 409, ISBN 0201547309.
  15. ^ Шредер, К.-П.; Коннон Смит, Роберт (2008), «Отдалённое будущее Солнца и Земли снова», Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , 386 (1): 155–163, arXiv : 0801.4031 , Bibcode : 2008MNRAS.386..155S, doi : 10.1111/j.1365-2966.2008.13022.x , S2CID  10073988
  16. ^ Дженова, Антонио; Мазарико, Эрван; Гуссенс, Сандер; Лемуан, Фрэнк Г.; Нойман, Грегори А.; Смит, Дэвид Э.; Зубер, Мария Т. (18 января 2018 г.). «Расширение Солнечной системы и сильный принцип эквивалентности, увиденный миссией NASA MESSENGER». Nature Communications . 9 (1): 289. Bibcode :2018NatCo...9..289G. doi : 10.1038/s41467-017-02558-1 . ISSN  2041-1723. PMC 5773540 . PMID  29348613. Цикл термоядерного синтеза, который генерирует энергию на Солнце, основан на превращении водорода в гелий, который отвечает за уменьшение солнечной массы со скоростью ~ −0,67 × 10 −13 в год. С другой стороны, вклад солнечного ветра более неопределен. Солнечный цикл значительно влияет на скорость потери солнечной массы из-за солнечного ветра. Оценки массы, уносимой солнечным ветром, показали скорости между − (2–3) × 10 −14 M ☉ в год, тогда как численное моделирование связанных моделей короны и солнечного ветра дало скорости между − (4,2–6,9) × 10 −14 M ☉ в год.  
  17. ^ "Лекция 40: Солнце прошлого и будущего". www.astronomy.ohio-state.edu . Получено 01.09.2020 .
  18. ^ Сакманн, И.-Джулиана; Бутройд, Арнольд И. (февраль 2003 г.), «Наше Солнце. V. Яркое молодое Солнце, согласующееся с гелиосейсмологией и высокими температурами на древней Земле и Марсе», The Astrophysical Journal , 583 (2): 1024–1039, arXiv : astro-ph/0210128 , Bibcode : 2003ApJ...583.1024S, doi : 10.1086/345408, S2CID  118904050
  19. ^ "Планетарный информационный листок". nssdc.gsfc.nasa.gov . Получено 2020-09-01 .
  20. ^ "Astronomical Constants: Current Best Estimates (CBEs)". Числовые стандарты для фундаментальной астрономии . Рабочая группа I отдела МАС. 2012. Получено 04.05.2021 .