自然与人-18.5  太阳自转的实际情况分析

李开乐

    摘要：太阳刚诞生时不自转，逐渐转起来后却永远调不到稳定自转平衡状态，相应体形暂称类扁圆球体形。它把标准扁圆球体形只当作目标体形进行无休止地调整，太阳内部成了永动机。实质上这就是高温令太阳成为体内有序的生动活泼的远离平衡态物质系统。

    为什么说太阳不可能有整体稳定自转，实际情况又怎样呢？太阳刚从银核诞生分离出来而未曾跑远之时是不自转的，以后才慢慢自转起来（参见“自然与人-11.3”）。这里要进一步讨论的是：太阳发生自转之后其内部不同质点的受力差异，以及随之发生的相对运动等这些太阳体内的实际情况。

    当静止平衡状态的太阳得到了一个角加速度β（即受到一个使其旋转的力的作用）之后，就会产生一个逐渐加大的角速度ω，ω＝ω(t)。直至最终角加速度消失（β＝0）之后，ω才相对稳定下来近似等于一个恒量，于是太阳就基本稳定自转起来了。

    既然已经基本稳定自转，为什么又不可能有理想的整体稳定自转呢？我们以图18.5为例，具体分析一下太阳在加速旋转过程中体内各体元的受力和运动变化情况就清楚了。先看OA方向附近的体元，以A体元为例，由于角速度ω随时间增大，而离心力 ，所以A体元受到了随时间不断增大的离心力 Q(r,t) 的作用，便从静止状态开始，产生了一个向外的加速度aA 。又 V＝at ，这就使A体元有了一个不断加大的，与其径向同方向的线速度VA，因此便顺着径向方向不断向外运动。

图18.5： 从静止到转动变化过程分析的太阳正剖面图

    从分析（18.4-2）式可知，图18.5中OB方向上体元的离心力等于0，因此，由于流体质量的连续性，OA及其附近方向体元向外运动的牵动作用必然对OB及其附近方向的体元产生负压，例如B体元，就会受到一个指向总质心O的压力，从而产生了向心方向的加速度aB，使B体元有了不断加大的沿着BO方向指向球心的线速度VB，便不断向着总质心方向运动。

    当角加速度消失（β＝0）之后，角速度ω变为恒量。如果此时太阳内部的各体元也能立即停止相对运动而只保留绕轴转动的一致的恒定角速度ω，即“自然与人-18.4”中所说的整体理想的稳定自转的话，则太阳正好可以形成平衡状态的标准扁圆球体形。然而，由于运动有惯性，各体元的相对运动不可能在β＝0的时候也立即停止下来，OA方向的体元将继续顺其径向方向向外运动，OB方向的体元也继续朝总质心方向运动。OA和OB方向以外的其它不同角度方向的所有体元，都介于OA方向和OB方向这两种情况之间，以自身已经具有的速度继续运动。结果便又使本来有希望满足平衡状态要求的近似标准扁圆球体变得越来越扁。我们在此就把那种既接近标准扁圆球体形，却与其有很多差异的超扁的非标准扁圆球体形苟且称之为类扁圆球体形。而将球内各体元之间无法保持相对静止的运动状态称为失衡状态。

    运动状态的失衡致使球体的超扁，也可以看成是在OA方向外端因体元的过多堆积和OB方向外端体元的过多逃失所致。OA方向外端过多堆积的体元必然要逐渐向两侧外溢，并从太阳的表面层向着转轴的两个极点方向廻流。然而，科里奥利力却会使那些廻流的液体到了扁球的半腰附近（中纬度地带）就形成了一个快速旋转的急流圈，……。这样一来，本以为“外溢”和“廻流”可以为解决“超扁”做出一些贡献，却不仅旧的失衡状态得不到调整，还会由于外溢和廻流，又在新地方出现了新类型的失衡现象。

    至此可以简单综述如下，从静止逐渐自转起来而最后基本稳定自转的太阳，为了形成有别于静止平衡的新的平衡状态，本想通过内部体元之间简单的相对运动去把正圆球体形调整为标准扁圆球体形（如“自然与人-18.4”所述），却始终达不到目的。而且，越是调整就使其内部的相对运动越复杂，终于只好把标准扁圆球体形，仅仅是当作目标体形，在失衡的状态下朝着平衡的目标，保持着太阳表里各体元不断的复杂的相对运动进行着无休止地调整，从而使太阳内部变成了一部永动机。反过来，这又影响了太阳的自转无法形成理想的整体稳定自转。这就是说，太阳整体的不可能稳定自转，正是由于太阳整体的转动与其内含体元的流动之间，永远都只能处在相互适应的晃动过程之中的必然结果。在此，自转太阳整体宏观转动是其内含微观流动的原动力，而永不休止的复杂的微观流动则是其整体宏观转动的必然响应，且反过来又影响了太阳无法形成理想的整体稳定自转。两者同生共存，是运动的辩证统一。

    从自然辩证法的理论进行分析，高温和自转都是远离平衡态的表现。远离平衡态的自转造就了体内复杂的有序运动，有序运动又将远离平衡态的高温体内不断产生的热能带到低纬度的体表并向太空释放，从而既使系统成为了开放性的耗散结构，又使太阳表里复杂的有序运动得到了维持。所以，一个高温和自转的星球，就是自然界非生命领域中一个高级的生动活泼的物质系统，温度越高就级别越高，宇宙中心核球是最高级的非生命物质系统。

    实际上，不仅仅由于太阳整体的转动与其内含体元的流动之间，永远处在相互适应过程之中，才造成了太阳不可能有理想的整体稳定自转；从“自然与人-11.3”已知，太阳公转轨道的椭圆形，也使太阳在轨道的不同位置上具有了不同的自转速度。其实不只是太阳，而是几乎所有能自转的天体，都不存在有理想的整体稳定自转。这就是星体自转的实际情况。