关于气体和恒星系统之间的类比


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(通常)理想气体和恒星系统之间的类比不仅在一定程度上直观上是有效的,而且已被建立并用于恒星团和银河系的研究,通常是简化无碰撞的玻尔兹曼方程。

该类比背后的想法是,如果恒星系统可以表示为一组点质量,并且如果点质量的数量很大,那么我们可以从气体动力学理论的角度来考虑它们。不过,这里要记住的一件事是,恒星气体系统既不放松也不放松。

我在这里很好奇:所描述的类比能推到多远?

例如,存在多种特定于气体的现象(或者,如果您愿意,我们可以谈论等离子体),对于恒星系统(例如冲击,湍流或粘度),可以想象得到。恒星系统中是否可以存在这种或某些其他特征现象,并且实际系统中是否表现出这种行为?(在上述名称中,粘度类似物存在并且相当普遍)


我不明白为什么不这样做,尽管它们大概只能在非常大的系统(例如星系大小的系统)中看到,并且实际上它们可能会被此类系统中存在的实际气体掩盖。但是,即使是非常简单的相互作用的粒子系统(例如离散的晶格气体)也可能会大规模显示湍流,那么为什么不同时利用重力n体系统呢?
Ilmari Karonen 2013年

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作为有用连接的一个例子,所谓的Toomre数定义了密度阈值,在该密度阈值下,薄盘相对于径向波在重力上变得不稳定,在恒星盘和气态盘之间仅相差3.31 / 3.14倍。
克里斯

Answers:


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这个比喻是相当弱的,并且没有真正的用处。

所谓的无碰撞恒星系统(恒星遇到的弛豫对其生命周期没有明显影响),例如星系,可以用无碰撞Boltzman方程描述,但永远不会达到热力学平衡(仅进入某些动态或虚拟平衡) )。因此,具有类似行为的唯一其他系统是无碰撞等离子体。

声音,湍流,粘度等都受分子之间的近距离碰撞(不仅仅是碰撞)影响。这些也保持热力学平衡和麦克斯韦-玻尔兹曼速度分布。恒星系统没有这些过程,它们的速度一般是各向异性分布的,并且不遵循麦克斯韦分布。

从某种意义上讲,气体更易于理解,因为气体的动力学是由局部过程驱动的,并且因为统计方法非常有用。恒星系统是由重力驱动的,即远距离的非局部过程,而气体物理学的直觉通常会产生很大的误导作用(例如,自重系统具有负热容-这也适用于气体球体,例如作为明星)。

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Jes Madsen发表了一篇有趣的论文,该论文成功地将球状星团建模为等温球体。


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是的,是的,事实上,等温气体近似已被广泛用于聚类建模。假设球形对称,这是将六维分布函数简化为3d或什至最终为1d的合理方法。但是,我想知道一个更根本的问题。也就是说,N体引力系统与气体之间的类比有多有效。N体系统能否表现出冲击和湍流?或者,这种类比的局限性是什么?至于等温模型,毫无疑问,它们存在并已用于实际研究中。
Alexey Bobrick 2013年
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