流体静力平衡与恒星内部
在稳定的恒星中，每一层都由压力梯度支撑，该梯度精确地平衡了向内的引力，这种状态称为流体静力平衡，它决定了整个内部结构。
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Definition
流体静力平衡是指恒星中向外的压力梯度力在每个半径处都精确地平衡引力，从而使压力从表面到中心平稳上升的状态。
Scope
本主题涵盖了流体静力平衡方程及其伴随的质量连续性方程，描述理想气体、辐射和简并物质的压力与密度和温度之间关系的物态方程，连接引力能和热能的维里定理，以及多方模型等简单的内部模型。
Core questions
- 在稳定的恒星内部，什么力量平衡了引力？
- 恒星物质中的压力如何依赖于密度和温度？
- 维里定理对恒星的能量收支有何阐述？
- 为什么收缩的恒星会变热而不是变冷？
Key concepts
- 压力梯度
- 质量连续性
- 物态方程
- 维里定理
- 多方模型
- 中心压力
Key theories
- 流体静力平衡
- 在每个半径处的压力梯度等于上方物质单位体积的局部重量，因此压力向内增加；结合质量连续性，一旦指定了物态方程，这便确定了恒星的力学结构。
- 自引力气体的维里定理
- 对于处于平衡状态的恒星，总内能与引力势能之间存在固定的比率关系，因此引力收缩释放的能量一部分用于加热气体，使恒星具有有效的负热容。
Mechanisms
引力将每一层气体向内拉；气体通过压缩来响应，直到每层气体下方的压力超过其上方压力，足以支撑其重量。如果平衡受到扰动，恒星会在动力学时间尺度上进行调整，缓慢的收缩将引力能转化为热量，从而提高中心温度。
Clinical relevance
流体静力平衡是几乎所有恒星模型的基本假设；偏离平衡状态预示着脉动、坍缩或爆炸，使其成为理解恒星不稳定性（stellar instabilities）和超新星（supernovae）的参考状态。
History
Lane和Emden在19世纪末20世纪初发展了自引力气体球的多方模型，Eddington和Chandrasekhar在20世纪20年代和30年代建立了流体静力、气态恒星内部的现代框架。
Key figures
- Arthur Eddington
- Subrahmanyan Chandrasekhar
- Jonathan Homer Lane
- Robert Emden
Related topics
Seminal works
- kippenhahn2012
- chandrasekhar1939
Frequently asked questions
- 为什么恒星不会简单地在自身引力作用下坍缩？
- 恒星内部的气体足够热和致密，其压力向中心急剧上升，产生向外的力，在每一层都平衡了引力；只有当这种压力支撑失效时，例如在恒星生命末期的核心，才会发生坍缩。
- 为什么恒星收缩时会变热？
- 根据维里定理，当自引力气体收缩时，它会释放引力能，其中大约一半的能量用于提高内部温度，而不是以辐射形式散失，因此引力收缩会使恒星变得更热。