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恒星与行星的逻辑

一、定义和基本特征

A.恒星

物理组成和结构

恒星本质上是由极热等离子体构成的巨大球体。在它们的核心，密度和温度都高得惊人。例如，在太阳中，核心温度达到约1500万开尔文。这种极端环境有利于核聚变反应。

恒星的结构可以分为几层。核心是核反应发生的地方。核心周围是辐射区，能量以光子的形式向外传输。辐射区之外是对流区，能量通过热等离子体的物理运动上下传递。最后，最外层是光球层，即恒星的可见表面，光和热从该表面辐射到太空中。

能源生产

恒星的能量产生主要是通过核聚变。在最常见的聚变形式中，四个氢核（质子）结合形成一个氦核。这个过程以伽马射线、中微子和由此产生的粒子的动能的形式释放出大量的能量。能量释放基于爱因斯坦著名的方程，在聚变过程中，少量的质量转化为大量的能量。

B.行星

与其他天体的区别

行星不同于太阳系中的其他天体。它们不是恒星，因为它们不通过核聚变产生自己的能量。它们也不同于小行星和彗星，小行星较小，形状通常不规则，彗星主要由冰和尘埃组成，轨道高度椭圆。

行星足够大，以至于它们自身的引力将它们拉成球形或近球形。这被称为流体静力平衡。例如，地球的直径约为12742公里，其引力使其在数十亿年的时间里形成了相对球形的形状。

分类

行星可分为两大类：类地（岩石）行星和气态巨行星。类地行星，如水星、金星、地球和火星，相对较小，表面为固体岩石。它们主要由硅酸盐岩石和金属组成。像木星、土星、天王星和海王星这样的气态巨行星要大得多，主要由氢和氦组成，其大气和内部含有少量的其他物质。

二、形成逻辑

A.恒星形成

星云塌陷

恒星是由巨大的分子云产生的，分子云是太空中巨大的寒冷、稠密的气体和尘埃区域。这些云是不稳定的，可以在自身重力作用下开始坍塌。云中的随机密度波动导致某些区域比其他区域更密集。随着密度更大的区域开始坍缩，它形成了一颗原恒星。

随着原恒星中的物质越来越靠近，引力势能转化为动能，加热原恒星，这一事实加速了坍缩。这一过程可能需要数十万到数百万年，具体取决于所形成恒星的质量。

核点火

随着原恒星继续从周围的星云吸积质量，其核心温度和压力不断增加。当核心温度达到约1000万开尔文时，氢原子核可以克服相互的静电排斥，开始融合在一起。这标志着恒星的诞生，恒星进入其生命的主序星阶段，在那里它将长时间保持稳定，将氢聚变成氦。

B.行星形成

原行星盘形成

当恒星形成时，分子云中没有吸积到恒星上的剩余物质会形成围绕恒星的旋转盘，称为原行星盘。这个圆盘由气体（主要是氢气和氦气）和尘埃颗粒组成。星盘中的尘埃粒子是行星的组成部分。

圆盘的旋转是由于角动量守恒。当云坍缩形成恒星和星盘时，原始云的角动量集中在星盘中，导致其旋转。

增长与成长

在原行星盘中，尘埃粒子通过静电力和碰撞开始粘在一起。这些小聚集体生长成更大的天体，称为星子，其大小可以从米到数百公里不等。随着时间的推移，星子相互碰撞和融合，逐渐成长为原行星。

对于类地行星，吸积过程主要涉及岩石和金属材料的聚集。另一方面，气态巨行星首先通过冰和岩石星子的吸积形成固体核心。一旦地核足够大（大约是地球质量的10-20倍），它就可以开始从周围的盘状气体中吸引和积累大量的氢和氦，成长为气态巨星。

III、轨道力学逻辑

A.引力相互作用

牛顿万有引力定律

恒星和行星之间的引力由牛顿万有引力定律描述，该定律指出，引力在哪里，就是引力常数（），是两个物体的质量（分别是恒星的质量和行星的质量），是它们质心之间的距离。

这种引力使行星保持在围绕恒星的轨道上。恒星的大质量对行星施加了巨大的引力，行星的惯性（沿直线移动的趋势）与引力相结合，形成了弯曲的轨道。

质量和距离的影响

恒星的质量越大，它对行星施加的引力就越强。例如，如果一颗恒星的质量是它的两倍，那么在给定距离下，行星上的引力将是它的二倍。

恒星和行星之间的距离也有深远的影响。随着距离的增加，重力按距离的平方减小。因此，与距离恒星一半的行星相比，距离恒星两倍的行星将受到四分之一的引力。

B.轨道特征

开普勒行星运动定律

第一定律：行星围绕恒星以椭圆轨道运动，恒星位于椭圆的焦点之一。这意味着行星和恒星之间的距离在整个轨道上不是恒定的。例如，地球绕太阳的轨道是一个椭圆，近日点（离太阳最近的点）和远日点（离阳光最远的点）之间的差约为500万公里。

第二定律：连接行星和恒星的直线在相等的时间间隔内扫过相等的面积。这意味着一颗行星在靠近恒星时（近日点）移动得更快，在远离恒星时（远日点）移动的更慢。行星在其轨道上的速度与角动量守恒有关。

第三定律：行星轨道周期（）的平方与其轨道半长轴（）的立方成正比，表示为，其中是一个取决于恒星质量的常数。这条定律允许我们根据行星与恒星的距离计算行星的轨道周期，反之亦然。

IV、关系逻辑

A.能源供应

热能和辐射能

恒星是行