自然与人-18.4  太阳整体稳定自转的力学分析

李开乐

    摘要：进一步分析太阳整体稳定自转情况，比静止平衡多了离心力作用。若太阳内部最终能完全停止相对运动，则外形变成以转轴为短径的扁圆球体形，球体表面全是均衡圆滑的上突曲面，这种理想形态称之为标准扁圆球体形。这种情况实际中并不存在。

    实际上，太阳从其诞生之后，其内部就一直不是静止状态，也未形成过正圆球体形。下面我们再来分析另一种虽然会自转，却非实际的理想情况。假定太阳是稳定自转的，整体上各个质点都已经同步具有做匀速自转的角速度ω（见图18.4），则A体元受到离心力QA的作用，QA的方向沿着A体元的径向方向，数量上，

            （rA＝r）

写成隐函数形式，

        QA＝Q(rA)＝Q(r)--------------------（18.4-1）

对于B体元，如图18.4，离心力

      

设QB为 在B体元的径向方向上的投影，得：

       

写成隐函数形式，且rB＝r

所以 --------------------------------------------（18.4-2）

图18.4： 匀速自转太阳正剖面图

    QA和QB都是沿着太阳的径向方向将太阳表面向外支撑成为圆球面形的力，可以称为径向力。由此可知，虽然从图18.4显见自转的太阳其体形是以总质心O点为对称的，故“自然与人-18.3”中所分析的因万有引力所引起的各体元本身所受到的三种内力依然可以基本上互相平衡，但不同体元A、B因离心力不同就造成了彼此的径向力差异很大。从(18.4-1)、(18.4-2)式显见QA＞QB，而且随着B点纬度的升高，A、B两点的径向力的差距就越来越大。因此可以一般地说，A体元及其同径向上的任一体元（从空间概念而言，包括赤道半径绕转轴旋转一周所形成的整个圆面，即赤道截面上的任一体元）与其它所有等内径体元（如A体元相对于B体元）相比具有最大径向力，而且越靠近转轴的等内径体元其径向力就越小，转轴上的径向力等于0 。所以，在自转的太阳内部各体元所受的合力是差异很大的，要使它们各自的合力都重新趋于0，太阳内部的各体元就必须通过相对运动去调整各自的外径，如较高纬度的B体元，必须把外径缩短。

    由此可见，整体稳定自转的太阳，其外形必定是以转轴为短径的扁圆球体形，并且，如果太阳内部的各体元之间最终能完全停止相对运动，而是只保持与整体一致的稳定转速ω的理想的平衡状态的话，那么，整个扁圆球体的表面应该是以转轴为对称的处处都是均衡圆滑的上突曲面（似扁柿子），这种理想的扁圆球体形我们称之为标准扁圆球体形。

    必须明确，这里所讲的太阳整体稳定自转，即要求太阳整体所有质点都无相对运动，只保持整体一致的自转，这实际上是不可能的。所以，太阳的标准扁圆球体形也是实际中不存在的。自然界中并不存在任何标准扁圆球体形的天体。