Солнечная масса - Solar mass

Смотрите также: Звездная масса
Солнечная масса
Солнце против планет ru.svg
Солнце содержит более 99% массы Солнечной системы. Тела легче, чем Сатурн не видны в этом масштабе.
Главная Информация
Система единицастрономия
Единицамасса
СимволM☉ 
В Базовые единицы СИ(1.98847±0.00007)×1030 кг[1][2]

В солнечная масса (M☉) является стандартным единица массы в астрономия, примерно равное 2×1030 кг. Часто используется для обозначения массы других звезды, а также звездные скопления, туманности, галактики и черные дыры. Это примерно равно массе солнце. Это равняется примерно двум нониллион (короткая шкала) или два квинтиллиона (длинная шкала ) килограммы:

M☉ = (1.98847±0.00007)×1030 кг

Солнечная масса около 333000 раз масса Земли (M⊕), или 1047 раз масса Юпитера (MJ).

История измерений

Значение гравитационной постоянной было впервые получено из измерений, проведенных Генри Кавендиш в 1798 г. торсионный баланс.[3] Полученное им значение всего на 1% отличается от современного значения, но не так точно.[4] В суточный параллакс Солнца был точно измерен во время прохождения Венеры в 1761 и 1769 годах,[5] давая ценность 9″ (9 угловые секунды, по сравнению с текущей стоимостью 8.794148″). По величине суточного параллакса можно определить расстояние до Солнца, исходя из геометрии Земли.[6][7]

Первая известная оценка массы Солнца была сделана Исаак Ньютон.[8] В своей работе Principia (1687), он оценил отношение массы Земли к Солнцу примерно1⁄28700. Позже он определил, что его значение было основано на неверном значении солнечного параллакса, которое он использовал для оценки расстояния до Солнца. Он скорректировал свое оценочное соотношение на1⁄169282 в третьем издании Principia. Текущее значение солнечного параллакса еще меньше, что дает расчетное отношение масс1⁄332946.[9]

В качестве единицы измерения масса Солнца стала использоваться до точного измерения а.е. и гравитационной постоянной. Это потому, что относительная масса другой планеты в Солнечная система или объединенная масса двух двойные звезды может быть вычислен в единицах солнечной массы непосредственно из радиуса орбиты и периода обращения планеты или звезды с использованием третьего закона Кеплера.

Расчет

Масса Солнца не может быть измерена напрямую, и вместо этого рассчитывается из других измеримых факторов с использованием уравнения для орбитальный период маленького тела, вращающегося вокруг центральной массы.[10] В зависимости от продолжительности года расстояние от Земли до Солнца ( астрономическая единица или AU), а гравитационная постоянная (г) масса Солнца определяется путем решения Третий закон Кеплера:[11][12]

Значение г трудно измерить и известно только с ограниченной точностью (увидеть Кавендиш эксперимент ). Значение г умноженной на массу объекта, называемого стандартный гравитационный параметр, известен для Солнца и нескольких планет с гораздо большей точностью, чем г один.[13] В результате масса Солнца используется в качестве стандартной массы в астрономическая система единиц.

Вариация

Солнце теряет массу из-за реакции синтеза происходит в его ядре, что приводит к выбросу электромагнитная энергия, а выбросом вещества с Солнечный ветер. Выгоняет о (2–3)×10−14 M☉ в год.[14] Скорость потери массы увеличится, когда Солнце войдет в красный гигант этап, восхождение на (7–9)×10−14 M☉ у−1 когда он достигнет кончик ветви красного гиганта. Это увеличится до 10−6 M☉ у−1 на асимптотическая ветвь гигантов, прежде чем достигнуть пика со скоростью 10−5 до 10−4 M☉ у−1 поскольку Солнце генерирует планетарная туманность. К тому времени, когда Солнце станет вырожденным белый Гном, он потеряет 46% своей начальной массы.[15]

Масса Солнца уменьшалась с момента его образования. Это происходит посредством двух процессов в почти равных количествах. Во-первых, в Ядро Солнца, водород превращается в гелий через термоядерная реакция, в частности p – p цепь, и эта реакция превращает некоторую массу в энергию в виде гамма-луч фотоны. Большая часть этой энергии в конечном итоге излучается прочь с Солнца. Во-вторых, протоны и электроны высоких энергий в атмосфере Солнца выбрасываются непосредственно в космическое пространство в виде Солнечный ветер и выбросы корональной массы.[нужна цитата ]

Первоначальная масса Солнца в то время, когда оно достигло главная последовательность остается неопределенным.[16] Раннее Солнце имело гораздо более высокие темпы потери массы, чем в настоящее время, и оно могло потерять где-то от 1 до 7% своей натальной массы за время своей жизни на главной последовательности.[17] Солнце приобретает очень небольшую массу из-за воздействия астероиды и кометы. Однако, поскольку Солнце уже содержит 99,86% полной массы Солнечной системы, эти удары не могут компенсировать потерю массы из-за излучения и выброса.[нужна цитата ]

Связанные единицы

Одна солнечная масса, M☉, можно преобразовать в связанные единицы:[18]

Это также часто полезно в общая теория относительности для выражения массы в единицах длины или времени.

Параметр солнечной массы (г·M☉), как указано Рабочей группой IAU Division I, имеет следующие оценки:[19]

  • 1.32712442099×1020 м3s−2 (TCG -совместимый)
  • 1.32712440041×1020 м3s−2 (TDB -совместимый)

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ «Астрономические константы» (PDF). Астрономический альманах. 2014. с. 2. Получено 10 апреля 2019.
  2. ^ «Ньютоновская постоянная гравитации». Лаборатория физических измерений. Получено 10 апреля 2019.
  3. ^ Кларион, Джеффри Р. «Универсальная гравитационная постоянная» (PDF). Университет Теннесси Физика. ПАСКО. п. 13. Получено 11 апреля 2019.
  4. ^ Холтон, Джеральд Джеймс; Кисть, Стивен Г. (2001). Физика, человеческое приключение: от Коперника до Эйнштейна и не только (3-е изд.). Издательство Рутгерского университета. п. 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. п. 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 вычисляют вес планеты?». Scientific American. Получено 2020-09-01.
  8. ^ Коэн, И. Бернар (Май 1998 г.). «Определение Ньютоном масс и плотностей Солнца, Юпитера, Сатурна и Земли». Архив истории точных наук. 53 (1): 83–95. Bibcode:1998AHES ... 53 ... 83C. Дои:10.1007 / s004070050022. JSTOR  41134054. S2CID  122869257.
  9. ^ Леверингтон, Дэвид (2003). От Вавилона до Вояджера и дальше: история планетарной астрономии. Издательство Кембриджского университета. п. 126. ISBN  978-0-521-80840-8.
  10. ^ "Нахождение массы Солнца". think.gsfc.nasa.gov. Получено 2020-09-06.
  11. ^ Декабрь 2018, Маркус Ву 06. "Что такое солнечная масса?". Space.com. Получено 2020-09-06.
  12. ^ "Третий закон Кеплера | Представление Вселенной". astro.physics.uiowa.edu. Получено 2020-09-06.
  13. ^ «CODATA Value: Ньютоновская постоянная гравитации». 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, г. ISBN  0201547309.
  15. ^ Schröder, K.-P .; Коннон Смит, Роберт (2008), «Возвращение в далекое будущее Солнца и Земли», Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, 386 (1): 155–163, arXiv:0801.4031, Bibcode:2008МНРАС.386..155С, Дои:10.1111 / j.1365-2966.2008.13022.x, S2CID  10073988
  16. ^ «Лекция 40: Солнце когда-то и будущее». www.astronomy.ohio-state.edu. Получено 2020-09-01.
  17. ^ Сакманн, И.-Юлиана; Бутройд, Арнольд И. (февраль 2003 г.), «Наше Солнце. V. Яркое молодое Солнце в соответствии с гелиосейсмологией и высокими температурами на древней Земле и Марсе», Астрофизический журнал, 583 (2): 1024–1039, arXiv:astro-ph / 0210128, Bibcode:2003ApJ ... 583.1024S, Дои:10.1086/345408, S2CID  118904050
  18. ^ "Планетарный информационный бюллетень". nssdc.gsfc.nasa.gov. Получено 2020-09-01.
  19. ^ «Астрономические константы: лучшие текущие оценки (CBE)». Численные стандарты фундаментальной астрономии. IAU Division I. Рабочая группа. 2012 г.. Получено 2018-06-28.