Солнечная масса

Солнечная масса
Солнечная масса
	Солнце содержит 99,86% массы Солнечной системы. Тела менее массивные, чем Сатурн, в этом масштабе не видны.
Общая информация
Система единиц	астрономия
Единица	масса
Символ	M ☉
В базовых единицах СИ	1.9884 × 10 30 кг

Солнечная масса ( M☉ _× ) — стандартная единица массы в астрономии равная примерно 2 , 10 ³⁰ кг . Она примерно равна массе Солнца . Его часто используют для обозначения масс других звезд , а также звездных скоплений , туманностей , галактик и черных дыр . Точнее, масса Солнца

M ☉ = (1.9884 \pm 0.000 07) \times 1030 кг

.

Масса Солнца примерно в 333 000 раз больше массы Земли ( ME ₎ , или в 1047 раз больше массы Юпитера ( M _J ).

История измерений

Значение гравитационной постоянной было впервые получено на основе измерений, которые провел Генри Кавендиш в 1798 году с помощью крутильных весов . ^[2] Полученное им значение отличается от современного значения всего на 1%, но не было таким точным. ^[3] Суточный параллакс Солнца был точно измерен во время прохождения Венеры в 1761 и 1769 годах. ^[4] что дает значение 9 дюймов (9 угловых секунд по сравнению с текущим значением 8,794 148 дюймов ). По величине суточного параллакса можно определить расстояние до Солнца исходя из геометрии Земли. ^[5]^[6]

Первая известная оценка солнечной массы была сделана Исааком Ньютоном . ^[7] В своей работе «Начала» (1687 г.) он подсчитал, что отношение массы Земли к массе Солнца составляет около 1 ⁄ 28 700 . Позже он определил, что его значение основано на ошибочном значении солнечного параллакса, которое он использовал для оценки расстояния до Солнца. Он скорректировал свое расчетное соотношение на 1 ⁄ 169 282 в третьем издании Principia . Текущее значение солнечного параллакса еще меньше, что дает расчетное соотношение масс 1 ⁄ 332 946 . ^[8]

В качестве единицы измерения масса Солнца вошла в употребление до того, как были точно измерены АС и гравитационная постоянная. Это связано с тем, что относительная масса другой планеты в Солнечной системе или объединенная масса двух двойных звезд может быть рассчитана в единицах солнечной массы непосредственно из радиуса орбиты и периода обращения планеты или звезд с использованием третьего закона Кеплера.

Расчет

Массу Солнца нельзя измерить напрямую, вместо этого она рассчитывается на основе других измеримых факторов с использованием уравнения для периода обращения небольшого тела, вращающегося вокруг центральной массы. ^[9] На основе продолжительности года, расстояния от Земли до Солнца ( астрономическая единица или а.е.) и гравитационной постоянной ( $G$ ), масса Солнца определяется решением третьего закона Кеплера : ^[10]^[11] $M_{\odot }={\frac {4\pi ^{2}\times (1\,\mathrm {AU} )^{3}}{G\times (1\,\mathrm {yr} )^{2}}}$

Величину G трудно измерить, и она известна лишь с ограниченной точностью ( см. эксперимент Кавендиша ). Значение G, умноженное на массу объекта, называемое стандартным гравитационным параметром , известно для Солнца и нескольких планет с гораздо более высокой точностью, чем G. только ^[12] В результате масса Солнца используется в качестве стандартной массы в астрономической системе единиц .

Вариация

Солнце теряет массу из-за реакций термоядерного синтеза, происходящих внутри его ядра, приводящих к излучению электромагнитной энергии , нейтрино и выбросу вещества с солнечным ветром . Выбрасывается примерно (2–3) × 10 ⁻¹⁴ М _☉ /год. ^[13] Скорость потери массы увеличится, когда Солнце войдет в стадию красного гиганта , поднявшись до (7–9) × 10. ⁻¹⁴ M _☉ /год, когда он достигает кончика ветви красного гиганта . Это увеличится до 10 ⁻⁶ M _☉ /год на асимптотической гигантской ветви до достижения пика со скоростью 10 ⁻⁵ до 10 ⁻⁴ M _☉ /год, когда Солнце порождает планетарную туманность . К тому времени, когда Солнце станет выродившимся белым карликом , оно потеряет 46% своей стартовой массы. ^[14]

Масса Солнца уменьшалась с момента его образования. Это происходит посредством двух процессов в почти равных количествах. Во-первых, в ядре Солнца водород преобразуется в гелий посредством ядерного синтеза , в частности p-p-цепи , и эта реакция преобразует некоторую массу в энергию в виде фотонов гамма-излучения . Большая часть этой энергии в конечном итоге излучается от Солнца. Во-вторых, протоны и электроны высоких энергий в атмосфере Солнца выбрасываются непосредственно в космическое пространство в виде солнечного ветра и корональных выбросов массы . ^[15]

Первоначальная масса Солнца в момент достижения главной последовательности остается неопределенной. ^[16] Раннее Солнце имело гораздо более высокие темпы потери массы, чем сейчас, и оно могло потерять от 1 до 7% своей натальной массы в течение своей жизни на главной последовательности. ^[17]

Связанные подразделения

Одну солнечную массу M _☉ можно преобразовать в соответствующие единицы: ^[18]

$27068510 M L$ ( Лунная масса )
$332946 M E$ ( масса Земли )
$1 047,35 (М Дж$ Юпитера масса )

также часто бывает полезно В общей теории относительности выражать массу в единицах длины или времени.

$М ☉ Г / к 2 \approx 1,48 км$ (половина шварцшильдовского радиуса Солнца)
$М ☉ Г / к 3 \approx 4,93 мкс$

Параметр солнечной массы ( G · M _☉ ), указанный Рабочей группой IAU Division I, имеет следующие оценки: ^[19]

1.327 124 420 99 (10) × 10 ²⁰ м ³с ⁻² ( TCG -совместимый)
1.327 124 400 41 (10) × 10 ²⁰ м ³с ⁻² ( совместим с TDB )

См. также

Ссылки

^ Сравнение Солнца и Земли. НАСА .
^ Кларион, Джеффри Р. «Универсальная гравитационная постоянная» (PDF) . Университет Теннесси по физике . ПАСКО. п. 13 . Проверено 11 апреля 2019 г.
^ Холтон, Джеральд Джеймс; Браш, Стивен Г. (2001). Физика, человеческое приключение: от Коперника до Эйнштейна и далее (3-е изд.). Издательство Университета Рутгерса . п. 137. ИСБН 978-0-8135-2908-0 .
^ Пекер, Жан Клод; Кауфман, Сьюзен (2001). Понимание небес: тридцать веков астрономических идей от древнего мышления до современной космологии . Спрингер. п. 291. Бибкод : 2001uhtc.book.....P . ISBN 978-3-540-63198-9 .
^ Барбьери, Чезаре (2007). Основы астрономии . ЦРК Пресс . стр. 132–140. ISBN 978-0-7503-0886-1 .
^ «Как ученые измеряют или рассчитывают вес планеты?» . Научный американец . Проверено 1 сентября 2020 г.
^ Коэн, И. Бернард (май 1998 г.). «Определение Ньютоном масс и плотностей Солнца, Юпитера, Сатурна и Земли». Архив истории точных наук . 53 (1): 83–95. Бибкод : 1998AHES...53...83C . дои : 10.1007/s004070050022 . JSTOR 41134054 . S2CID 122869257 .
^ Леверингтон, Дэвид (2003). От Вавилона до «Вояджера» и дальше: история планетарной астрономии . Издательство Кембриджского университета . п. 126. ИСБН 978-0-521-80840-8 .
^ «Нахождение массы Солнца» . Imagine.gsfc.nasa.gov . Проверено 06 сентября 2020 г.
^ Ву, Маркус (6 декабря 2018 г.). «Что такое солнечная масса?» . Space.com . Проверено 06 сентября 2020 г.
^ «Третий закон Кеплера | Изображение Вселенной» . astro.физика.uiowa.edu . Архивировано из оригинала 31 июля 2020 г. Проверено 06 сентября 2020 г.
^ «Значение CODATA: гравитационная константа Ньютона» . физика.nist.gov . Проверено 06 сентября 2020 г.
^ Кэрролл, Брэдли В.; Остли, Дейл А. (1995), Введение в современную астрофизику (пересмотренное 2-е изд.), Бенджамин Каммингс, стр. 409, ISBN 0201547309 .
^ Шредер, К.-П.; Коннон Смит, Роберт (2008), «Возвращение к далекому будущему Солнца и Земли», Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества , 386 (1): 155–163, arXiv : 0801.4031 , Bibcode : 2008MNRAS.386..155S , doi : 10.1111/j.1365-2966.2008.13022.x , S2CID 10073988
^ Дженуя, Антонио; Мазарико, Эрван; Гуссенс, Сандер; Лемуан, Фрэнк Г.; Нойманн, Грегори А.; Смит, Дэвид Э.; Зубер, Мария Т. (18 января 2018 г.). «Расширение Солнечной системы и строгий принцип эквивалентности глазами миссии НАСА MESSENGER» . Природные коммуникации . 9 (1): 289. Бибкод : 2018NatCo...9..289G . дои : 10.1038/s41467-017-02558-1 . ISSN 2041-1723 . ПМК 5773540 . ПМИД 29348613 . Цикл термоядерного синтеза, который генерирует энергию для Солнца, основан на преобразовании водорода в гелий, который отвечает за уменьшение солнечной массы со скоростью ~ -0,67 × 10. ⁻¹³ в год. С другой стороны, вклад солнечного ветра более неопределенен. Солнечный цикл существенно влияет на скорость потери солнечной массы из-за солнечного ветра. Оценки массы, уносимой солнечным ветром, показали скорость от - (2–3) × 10. ⁻¹⁴M _☉ в год, тогда как численное моделирование совместных моделей короны и солнечного ветра показало скорость в пределах - (4,2–6,9) × 10. ⁻¹⁴ М _☉ в год.
^ «Лекция 40: Солнце прошлого и будущего» . www.astronomy.ohio-state.edu . Проверено 1 сентября 2020 г.
^ Сакманн, И.-Юлиана; Бутройд, Арнольд И. (февраль 2003 г.), «Наше Солнце. V. Яркое молодое Солнце, соответствующее данным гелиосейсмологии и теплым температурам на древней Земле и Марсе», The Astrophysical Journal , 583 (2): 1024–1039, arXiv : astro- тел./0210128 , Bibcode : 2003ApJ...583.1024S , doi : 10.1086/345408 , S2CID 118904050
^ «Планетарный информационный бюллетень» . nssdc.gsfc.nasa.gov . Проверено 1 сентября 2020 г.
^ «Астрономические константы: текущие лучшие оценки (CBE)» . Численные стандарты фундаментальной астрономии . Рабочая группа Отдела I IAU. 2012 . Проверено 4 мая 2021 г.

[factsheet-1] Сравнение Солнца и Земли. НАСА .

[2] Кларион, Джеффри Р. «Универсальная гравитационная постоянная» (PDF) . Университет Теннесси по физике . ПАСКО. п. 13 . Проверено 11 апреля 2019 г.

[3] Холтон, Джеральд Джеймс; Браш, Стивен Г. (2001). Физика, человеческое приключение: от Коперника до Эйнштейна и далее (3-е изд.). Издательство Университета Рутгерса . п. 137. ИСБН 978-0-8135-2908-0 .

[4] Пекер, Жан Клод; Кауфман, Сьюзен (2001). Понимание небес: тридцать веков астрономических идей от древнего мышления до современной космологии . Спрингер. п. 291. Бибкод : 2001uhtc.book.....P . ISBN 978-3-540-63198-9 .

[5] Барбьери, Чезаре (2007). Основы астрономии . ЦРК Пресс . стр. 132–140. ISBN 978-0-7503-0886-1 .

[6] «Как ученые измеряют или рассчитывают вес планеты?» . Научный американец . Проверено 1 сентября 2020 г.

[7] Коэн, И. Бернард (май 1998 г.). «Определение Ньютоном масс и плотностей Солнца, Юпитера, Сатурна и Земли». Архив истории точных наук . 53 (1): 83–95. Бибкод : 1998AHES...53...83C . дои : 10.1007/s004070050022 . JSTOR 41134054 . S2CID 122869257 .

[8] Леверингтон, Дэвид (2003). От Вавилона до «Вояджера» и дальше: история планетарной астрономии . Издательство Кембриджского университета . п. 126. ИСБН 978-0-521-80840-8 .

[9] «Нахождение массы Солнца» . Imagine.gsfc.nasa.gov . Проверено 06 сентября 2020 г.

[10] Ву, Маркус (6 декабря 2018 г.). «Что такое солнечная масса?» . Space.com . Проверено 06 сентября 2020 г.

[11] «Третий закон Кеплера | Изображение Вселенной» . astro.физика.uiowa.edu . Архивировано из оригинала 31 июля 2020 г. Проверено 06 сентября 2020 г.

[12] «Значение CODATA: гравитационная константа Ньютона» . физика.nist.gov . Проверено 06 сентября 2020 г.

[carroll_ostlie1995-13] Кэрролл, Брэдли В.; Остли, Дейл А. (1995), Введение в современную астрофизику (пересмотренное 2-е изд.), Бенджамин Каммингс, стр. 409, ISBN 0201547309 .

[mnras361-14] Шредер, К.-П.; Коннон Смит, Роберт (2008), «Возвращение к далекому будущему Солнца и Земли», Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества , 386 (1): 155–163, arXiv : 0801.4031 , Bibcode : 2008MNRAS.386..155S , doi : 10.1111/j.1365-2966.2008.13022.x , S2CID 10073988

[15] Дженуя, Антонио; Мазарико, Эрван; Гуссенс, Сандер; Лемуан, Фрэнк Г.; Нойманн, Грегори А.; Смит, Дэвид Э.; Зубер, Мария Т. (18 января 2018 г.). «Расширение Солнечной системы и строгий принцип эквивалентности глазами миссии НАСА MESSENGER» . Природные коммуникации . 9 (1): 289. Бибкод : 2018NatCo...9..289G . дои : 10.1038/s41467-017-02558-1 . ISSN 2041-1723 . ПМК 5773540 . ПМИД 29348613 . Цикл термоядерного синтеза, который генерирует энергию для Солнца, основан на преобразовании водорода в гелий, который отвечает за уменьшение солнечной массы со скоростью ~ -0,67 × 10. ⁻¹³ в год. С другой стороны, вклад солнечного ветра более неопределенен. Солнечный цикл существенно влияет на скорость потери солнечной массы из-за солнечного ветра. Оценки массы, уносимой солнечным ветром, показали скорость от - (2–3) × 10. ⁻¹⁴M _☉ в год, тогда как численное моделирование совместных моделей короны и солнечного ветра показало скорость в пределах - (4,2–6,9) × 10. ⁻¹⁴ М _☉ в год.

[16] «Лекция 40: Солнце прошлого и будущего» . www.astronomy.ohio-state.edu . Проверено 1 сентября 2020 г.

[apj583_2_1024-17] Сакманн, И.-Юлиана; Бутройд, Арнольд И. (февраль 2003 г.), «Наше Солнце. V. Яркое молодое Солнце, соответствующее данным гелиосейсмологии и теплым температурам на древней Земле и Марсе», The Astrophysical Journal , 583 (2): 1024–1039, arXiv : astro- тел./0210128 , Bibcode : 2003ApJ...583.1024S , doi : 10.1086/345408 , S2CID 118904050

[18] «Планетарный информационный бюллетень» . nssdc.gsfc.nasa.gov . Проверено 1 сентября 2020 г.

[19] «Астрономические константы: текущие лучшие оценки (CBE)» . Численные стандарты фундаментальной астрономии . Рабочая группа Отдела I IAU. 2012 . Проверено 4 мая 2021 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]