《大自然寻真》

第四篇  主宰宇宙演化的大原理

第15章  星球自转力学原理理论探讨-1

（第15章共分为3部分上传）

（第25～29章的哲学内容已在论坛第二区中的哲学版块上传，请前往阅读和评论）

    本章只对星球自转力学原理做点定性分析，主要意在抛砖引玉，希望以此引起大家的争论或兴趣。非理科人士如果对本部分内容难懂，又不想对星球自转力学原理追问个水落石出，这一章就可以少看或不看，只需理解大意，知道最后的结论就够了。

15.1  星球自转力学原理的重要性

       概括性地说，星球自转力学原理是流体性质的星球，因自转而引起了构成本身的物质不停地产生了一系列的流体力学规律的运动变化所遵循的原理。

    核球喷射论很重要，为什么一直没有被发现呢？在5.4已经说过：“星球自转力学原理是产生核球喷射论的基础”。但是，由于人们还一直没有认识这个原理，也就无法发现核球喷射论了。无疑，虽然人们对地面上的流体力学已经有了很多研究，但对于一个全流体性质的星球，也即一个不需要任何容器盛着而悬浮于太空中的整个球形流体（如太阳），在自转的情况下其内部有怎么样的力学效应？对此，地球人恐怕就还没有进行过很认真的探讨了。对于这种情况尚未引起人们的兴趣，也许因为过去人们并没有认识到它的实际意义。当然，如果天体真的是由星云凝聚而成，也就不会想到有自转液态星球的存在及其相应的力学原理了。没有星球的自转力学原理作为基础，天体的核球喷射诞生理论也同样发现不了。我们从自转的宇宙高温“蛋黄”出发考虑问题，顺藤摸瓜，步步推理，最后便可知整个宇宙的大天体，从一诞生后不久就不仅是液态的，又是自转的。有了这种新观念就会知道，星球自转力学原理对于宇宙学和天文学具有非常重要的实际意义。由于笔者有幸发现了星球自转力学原理，所以也很容易就想到了天体诞生的核球喷射论，它是星球自转力学原理的派生理论，其专职是管辖宇宙物质系统演化过程中的质变过程──诞生和灭亡现象。

    星球自转力学原理不仅仅是诞生核球喷射论的基础，它除了在整个宇宙无处不在地管控宇宙物质系统的整个演化过程之外，还具体到能直接帮助地球人去认识自己的地球以及地球内外各种流体的运动。我们可以应用星球的自转力学原理，研究和解释地表内、外各种流体（岩浆、水、大气）的相对运动状况和力学原理，甚至可以研究历史上硬地壳的生成过程。这样一来，例如某些海岸那么破碎的海岸地形是怎么变来的？地下熔液（岩浆）有没有环流？地磁场是怎么形成的？海流的根本原因是什么？各种异常的海流现象是怎样造成的？大气环流的原动力从哪里来？怎样正确解释副热带高压、热带气旋、寒潮暴发、龙卷风、中国大面积暴雨等重要大气环流现象的形成机理和内在本质？凡此种种，我们都不难给予顺其自然的解释。由此可见，星球自转力学原理对于地球的现实意义也十分重要。

15.2  星球自转力学原理的具体分析

    从15.1已知，星球自转力学原理意义重大。可惜笔者并非力学专业人才，很难深入地去把该原理讲清楚。虽说核球喷射论是该原理的派生理论，可是在提出核球喷射理论之前，笔者并没有勇气先将这个力学原理讲明白。我们只通过对实际例子的剖析去逐渐理解核球喷射论，而不是从星球自转力学原理入手先推出了核球喷射论，然后才用以解释问题。既然已经反转程序用核球喷射论解释了很多天文问题，是到了必须把星球自转力学原理摆出来说清楚一点的时候了。但是，笔者也只能从定性方面去认识它，难以对该力学原理做更深刻的本质分析。在此就先抛出一块砖头吧！主要希望引起力学专家的兴趣和深入研究，以便从本质的数理推导上彻底解决该力学原理问题。

    我们必须明确，以往已经研究过的地球表面局部流体的力学，与星球自转力学有着本质上的差异。后者是从（自转的）星球尺度去看流体运动才能出现的力学原理，所以从尺度上来区分，可以将它们简单地分别称为小力学和大力学。要相信我们致力于研究这个大力学并非是在做重复劳动。如果这一基础理论能得到较好解决，相信与此紧密联系的几种自然科学专业都将能从中得到不少好处，其意义是十分深远的。

    首先，宇宙中是否真的存在着15.1所说的全流体性质又能自转的星球呢？这倒是必须先弄清楚的。就暂且撇开我们的“天蛋”宇宙模型和核球喷射论，只纯粹看实际的情况吧！其实我们现在已经知道太阳也还是一个全流体性质的星球。尽管太阳仅仅是我们目前能真正观测到的唯一的一例，但这起码从实例上证明宇宙中确实存在着全流体性质的星球。我们从核球喷射论出发考虑，就知道银河系里的恒星都来自于同一个母体，因此它们的温度都相近，所以我们从仅有的太阳一例，就可以推论得到恒星们基本上都应该和太阳一样，是全流体性质的高温星球。恒星们全都闪闪发光也是都属全流体性质高温星球的另一个证据。我们还可以知道比恒星更高档级的星球，即银核及其兄弟姐妹们就更加高温得多，从而就更应该是全流体性质的星球。至于比银核更高档级的星球，直至宇宙中心蛋黄，就更是全流体性质的基本粒子状态且能自转的星球了。由此可知，虽然我们认识得最多的是属于地球壳层的固体性质的物质，但实际上，全宇宙中的绝大部分物质都是全流体性质状态的，固体状态物质所占的比例是微乎其微，微不足道的。正因自转的全流体性质星球的客观存在，才使我们对星球自转力学原理的研究是有实际意义的。

    在12.1中已经对太阳自转作用下所形成的太阳熔液球的内外环流做了初步的定性分析。在此再以太阳（一个最靠近我们的液态星球）为例，着重探讨一下它做自转运动所伴随的力学原理，其实也就是所有星球的自转运动都会遵循的力学原理。我们先假定太阳的各个质点只在太阳本体内互相影响而不受任何其它星球引力影响；也假定整个初诞生的太阳除了周围可能有的气体之外，其主体部分全是同种性质的熔液。为了更好理解星球自转力学原理，下面将依次讨论太阳生命史中的几种可能情况：1.静止状态，2.整体稳定自转，3.实际情况。

   15.2.1  太阳的静止状态分析

    先对后面的讨论中所出现的某些符号或概念统一说明如下：

    ①M──代表整个太阳的总质量。

    ② 体元──指太阳中以某一点为中心的，质量为m的小体积。例如，以A点为中心的体元称为A体元（见图15.2.1）。可认为太阳由无数体元组成。体元可以比质点大得多，这是本外行人在定性分析中避开复杂微积分，既偷懒又让大众易懂的简易办法。

    ③ O点──表示整个太阳的总质心。

    ④ 内径──指某一体元与总质心O的距离，用r表示。A点与总质心O点的距离记为rA ，称为A体元的内径（含A点）。

在图15.2.1中，    rA＝OA＝r1 ；  rB＝OB＝r1 ；   rC＝OC＝r2 .

    ⑤ 径向方向──指从总质心O点起通过某体元的射线方向，称为该体元的径向方向。

    ⑥ 同径向体元──同位于某一体元径向方向上的体元。同一径向上的全部同径向体元的集合就是整条太阳半径。

    ⑦ 外径──指某一体元至其径向方向的最远液体质点之间的距离（不含该体元所在点），用h表示。A体元的外径记为hA ，参见图15.2.1。

图15.2.1：静止太阳正剖面图

    ⑴ 万有引力　 静止太阳对其本身的所有体元都会有万有引力，其数值用F表示。对A、B体元分别表示为FA、FB 。

              FA＝GMm/rA2 ；        FB＝GMm/rB2

G为万有引力常数。对一个体元来说，G、M、m均为常数，故简单写成隐函数形式：

              FA＝F(1/rA2 ) ------------------------------------------------------------------（15.2.1-1）

              FB＝F(1/rB2 )

因为　rA＝rB＝r1  ，　所以　FA＝FB

太阳对任意体元i的万有引力数值：Fi＝F(1/ri2 )

    显然，体元所受的万有引力的方向指向太阳的总质心O点，而大小只与内径r有关。

    ⑵ 外压力　 在A体元径向方向上比A更远离总质心的所有体元（即外径hA上的所有体元）所受的万有引力总和对A体元所产生的压力，称为A体元所受的外压力，其数值记为PA 。  显然PA的方向也指向O点。

    明显的，外压力只与h有关，h越长外压力也越大。严格说，外压力应该是h上各体元万有引力的积分。因为我们只做定性分析，为了简便，此处苟且将PA表示为如下不太确切的隐函数：

              PA＝P(hA )------------------------------------------------------------------------------（15.2.1-2）

PA表示A体元所受的外压力。   PB＝P(hB )  表示B体元所受的外压力。

任意体元所受的外压力表示为：Pi＝P(h i)