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动态摩擦

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天体物理学之中,动态摩擦描述一物体在空间中移动时,受到周遭其他物体的重力影响而损失动量动能的现象。动态摩擦最早由钱德拉塞卡于1943年时提出并且进行详细的探讨[1][2][3]

钱德拉塞卡动态摩擦公式

考虑一颗质量为的目标星,假设一系统中之场星(假设质量为)速度为各向同性,则该目标星所受之动态摩擦可简单表示为[4]

其中

  • 重力常数
  • 为目标星之速度
  • 为场星之速度
  • 为场星速度之分布函数(动态系统)英语Distribution function
  • 库仑对数英语Coulomb collision

由式中可得知仅有速度较目标星为慢的场星能够对目标星产生动态摩擦,而动态摩擦所造成之力的作用方向总是与目标星的行进速度方向相反。

应用

早期行星演化

在行星演化的理论中,初生行星与围绕于恒星周遭之原行星盘间的动态摩擦会促使原行星的动能逐渐降低,并转移到行星盘之中。这造成了原始行星的向内迁徙而更靠近主星。

星系

星系的合并过程,恒星之间的动态摩擦会导致星系中恒星的运动转变成不规则的随机运动,这个过程称为弛豫(Relaxation),并可使两个对撞的盘状星系合并成一椭圆星系。另外,若是合并前的星系之中存在超巨大质量黑洞的话,则黑洞也会因受到周遭恒星的动态摩擦而失去动能,因此逐渐落入合并星系的中心。

星系团

动态摩擦亦可解释为何一星系团最亮、最重的星系,往往都存在于靠近星系团的中心:因为星系的对撞会由于动态摩擦而消耗其运动方向之动量,从而降低其速度,而越巨大的星系所遭受的阻力则越强,造成的现象即是这些大质量星系最后都会落向星系团的中心。

参考资料

  1. ^ Chandrasekhar, S., Dynamical Friction. I. General Considerations: the Coefficient of Dynamical Friction, Astrophysical Journal, 1943, 97: 255–262, Bibcode:1943ApJ....97..255C, doi:10.1086/144517 
  2. ^ Chandrasekhar, S., Dynamical Friction. II. The Rate of Escape of Stars from Clusters and the Evidence for the Operation of Dynamical Friction, Astrophysical Journal, 1943, 97: 263–273, Bibcode:1943ApJ....97..263C, doi:10.1086/144518 
  3. ^ Chandrasekhar, S., Dynamical Friction. III. a More Exact Theory of the Rate of Escape of Stars from Clusters, Astrophysical Journal, 1943, 98: 54–60, Bibcode:1943ApJ....98...54C, doi:10.1086/144544 
  4. ^ Binney, J.; Tremaine, S., Galactic Dynamics, Princeton Series in Astrophysics, 1987, ISBN 0691130272 
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