【電磁波的輻射壓力及其應(yīng)用11000字（論文）】

V電磁波的輻射壓力及其應(yīng)用TOC\o"1-3"\h\u22479緒論 1106121.電磁波的動量與輻射壓力的計(jì)算 233931.1.電磁場的動量密度計(jì)算 2196731.2從電磁波的角度，輻射壓力的計(jì)算 3116572.電磁波的輻射壓力在天文學(xué)方面的應(yīng)用 5193922.1.愛丁頓光度 551722.2.彗星尾現(xiàn)象的解釋 7260503.電磁波的輻射壓力在其他科技方面的應(yīng)用 8296423.1.太陽帆飛船-利用太陽光的輻射壓力加速飛船 8305403.2.對導(dǎo)航衛(wèi)星的影響 107414.總結(jié) 102374.1.總結(jié) 10150534.2.不足與展望 1128151參考文獻(xiàn) 12摘要力的產(chǎn)生無非是粒子碰撞過程中單位時(shí)間單位面積動量改變量的結(jié)果，恒星輻射壓力也是如此，恒星是個(gè)巨大的電磁場，恒星向外釋放光子與向內(nèi)吸積的物質(zhì)相互碰撞，光子單位時(shí)間單位面積的動量改變量就是輻射壓的結(jié)果。通過粒子的碰撞理論，去解釋輻射壓力在一些天文方面的作用，著重點(diǎn)放在了愛丁頓光度極限。以及根據(jù)電磁場的動量密度與能流密度之間的關(guān)系，計(jì)算出輻射壓強(qiáng)的數(shù)值，去解釋彗星尾方向的問題，并拓展一些輻射壓力在其他技術(shù)方面的應(yīng)用。比如說，太陽帆飛船以及輻射壓力對導(dǎo)航衛(wèi)星產(chǎn)生一定影響?！娟P(guān)鍵詞】愛丁頓極限輻射壓力動量密度太陽帆航天器光壓緒論很早的時(shí)候，人們就注意到了磁現(xiàn)象，例如古代四大發(fā)明中司南就運(yùn)用到了這一現(xiàn)象，磁現(xiàn)象表現(xiàn)為磁鐵與磁鐵的相互作用，是通過場來傳遞的，其中場表現(xiàn)為力的作用與做功，所以我們由此可以知道場也具有動量和能量，這樣子我們就可以把場當(dāng)做一種特殊的物質(zhì)，于此類似，靜止的點(diǎn)電荷具有電場，磁體具有磁場，而運(yùn)動的電荷既具有電場又具有磁場，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，閉合線圈內(nèi)磁通量的變化率等于電動勢的大小，根據(jù)麥克斯韋位移電流的假設(shè)，我們可以知道發(fā)生變化的電場會形成一個(gè)渦旋磁場，發(fā)生變化的渦旋磁場會形成一個(gè)電場，兩者相互轉(zhuǎn)化，從而形成一個(gè)類似于電場和磁場的電磁場，電磁場能對放入其中的電流具有力的作用，也能對放入其中的電荷做功，說明電磁場也是一種特殊的物質(zhì)，具有動量與能量。其實(shí)遠(yuǎn)在17世紀(jì)的初期，就有那么一位著名的天文學(xué)家開普勒，就把彗星的尾巴承載著陽光這一現(xiàn)象歸結(jié)于是因?yàn)樘柟獾膲毫?。到了十八世紀(jì)中葉，著名的數(shù)學(xué)家的歐拉已經(jīng)指出了光壓的存在。隨著物理學(xué)科的不斷發(fā)展，在19世紀(jì)中葉，麥克斯韋在總結(jié)以前對電磁現(xiàn)象的研究的基礎(chǔ)上建立了完整的電磁波理論。此外，電磁理論還計(jì)算了光在完全吸收光的物體上的垂直于入射方向所引起的壓力。P.列別捷夫在1901年，用實(shí)驗(yàn)生動具體證明了光壓的存在。他通過測量了光壓的值，發(fā)現(xiàn)與和麥克斯韋的計(jì)算結(jié)果相吻合。愛丁頓寫了一本很有影響力的書《恒星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)》并出版了它，提出恒星要保持平衡和穩(wěn)定狀態(tài)，向內(nèi)引力的值和向外光輻射壓力的值在大小上一定保持相等的。從科學(xué)的角度分析，光壓是是電磁場與粒子之間產(chǎn)生的力的作用。首先，我們知道電磁波具有能量，假設(shè)我們設(shè)定一個(gè)中性粒子將電磁波的能量全部吸收，能量會不會發(fā)生某種變化，其中大部分能量是不是轉(zhuǎn)變成為了內(nèi)能，也就是說中性粒子在得到了電磁波的能量后，就開始更為快速的振動，那么我們可以說電磁場給中性粒子施加了一個(gè)力，電磁波能夠把它的運(yùn)動傳遞給那個(gè)中性粒子，我們已知在運(yùn)動中任何一個(gè)大而重的物體，對阻擋在他面前的物體運(yùn)動的影響是非常明顯的，就比如說保齡球游戲中，運(yùn)動的球擊中一堆靜止的瓶子，擊中瓶子紛紛倒下并轉(zhuǎn)動到簍子里去，我們可以說運(yùn)動的球把他的運(yùn)動傳遞到了靜止的瓶子上，麥克斯韋早在1873年就對這一問題進(jìn)行了深刻的理論研究。他指出，即使光是由無質(zhì)量的波組成的，它也會對物質(zhì)施加取決于運(yùn)動光束每單位長度的能量的作用力。我了解到，在現(xiàn)代電子技術(shù)中，電磁波在眾多方面是不可或缺的，它不僅僅觸及到我們生活的方方面面，又同時(shí)在科學(xué)技術(shù)方面有著重大的意義，電磁波的研究和發(fā)展不過幾個(gè)世紀(jì)，但是極大的改善我們生活，使之變的非常便利，開始我們只能通過一些天體現(xiàn)象，來確認(rèn)輻射壓力的存在，隨著科技不斷發(fā)展，逐漸發(fā)現(xiàn)了輻射壓力對人造通信衛(wèi)星軌道偏移產(chǎn)生較大的影響，同時(shí)太陽帆航天器的實(shí)現(xiàn)也依賴輻射壓力提供的加速度，輻射壓力還在恒星中起著重要作用，大多數(shù)恒星都是發(fā)光的物體。引力會導(dǎo)致恒星收縮，然而輻射壓力會導(dǎo)致恒星膨脹。在向內(nèi)引力大于向外輻射的壓力，恒星就會收縮，好像從內(nèi)部把外層抓緊一樣，而在向內(nèi)的引力小于向外的輻射壓力時(shí)，恒星將膨脹，就好像從內(nèi)部將外層撐開。只有向內(nèi)引力等于向外輻射的壓力時(shí)，保持流體靜力學(xué)平衡，這樣子恒星才能處于穩(wěn)定狀態(tài)，如今的太陽就是一個(gè)生動的例子。因此我覺得研究電磁波的動量和輻射壓力有著非常重要的意義。 1.電磁波的動量與輻射壓力的計(jì)算1.1.電磁場的動量密度計(jì)算設(shè)想空間中有某一個(gè)區(qū)域存在，其內(nèi)部存在一定量的帶電粒子分布的。因?yàn)殡姶艌雠c帶電粒子的相互作用，使得電磁場和帶電粒子之間發(fā)生了相互的動量傳遞。另一方面，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的磁場與這個(gè)區(qū)域外的磁場之間也發(fā)生了同樣的動量傳遞。通過動量守恒定律，我們可以知道，在單位時(shí)間內(nèi)從這個(gè)區(qū)域外面通過界面S傳遞的動量應(yīng)該等于傳入?yún)^(qū)域V的動量，并且會等于區(qū)域V中帶電粒子的動量變化率與區(qū)域V中電磁場的動量變化率之和。又因?yàn)辂溈怂鬼f方程組是電磁學(xué)的基本的動力學(xué)方程，因此我們可以通過麥克斯韋方程組和洛侖茲力公式推導(dǎo)得出電磁場和帶電粒子的動量守恒定律。那么我們從洛倫茲力公式的角度開始著手，可以得出一個(gè)運(yùn)動著的帶電粒子系統(tǒng)在電磁場中的作用力密度ff當(dāng)洛倫茲力作用于帶電粒子系統(tǒng)時(shí)，帶電粒子系統(tǒng)的動量會產(chǎn)生一個(gè)變化，與此同時(shí)，因?yàn)閯恿渴睾氵@一定律，我們可以清楚的知道，電磁場的動量也會衍生出一個(gè)與之相對應(yīng)的變化。我們明白力的結(jié)果就是單位時(shí)間單位面積動量的變化量，根據(jù)這一說法，上面公式左邊的作用力密度f會等于帶電粒子系統(tǒng)的動量密度變化率，所以上面公式的右邊應(yīng)該是可以被我們轉(zhuǎn)換成含有電磁場動量密度變化率的一些量以及表示電磁場內(nèi)部動量轉(zhuǎn)移的一些量。如此這樣的話，我們可以通過運(yùn)用麥克斯韋方程組將上面式子的右邊完完全全用電磁場的量表示出來，又因?yàn)辂溈怂鬼f方程組在真空中的方程表示如下面的兩個(gè)式子ρJ現(xiàn)在我們將這兩個(gè)式子可以代入到f，可以得f與之同時(shí)，我們還可以再利用麥克斯韋方程組中的其他的兩個(gè)麥克斯韋方程??最后通過上述公式一系列的變換，我們可以將作用力密度f變換成，對E和B對稱的形式：f因?yàn)樽饔昧Φ慕Y(jié)果就是單位時(shí)間單位面積動量的變化量，所以作用力密度f會等于帶電粒子系統(tǒng)的動量密度的變化率，我們通過觀察整個(gè)變換后的方程發(fā)現(xiàn)，變換后公式的最右邊的一項(xiàng)，將負(fù)號去掉，按道理應(yīng)該是代表著電磁場動量密度的變化率，并且如果上面變換后的公式可以運(yùn)用動量守恒定律來解釋的話，那么我們對右邊式子最后一項(xiàng)的時(shí)間t進(jìn)行積分，就可以求出一個(gè)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)就是我們要求出的電磁場的動量密度，這個(gè)函數(shù)表示成下面的式子g1.2從電磁波的角度，輻射壓力的計(jì)算對于平面電磁波而言，存在有這樣子的一個(gè)公式，可以用電場強(qiáng)度表示磁感應(yīng)強(qiáng)度，式子是B=1cn×E，在這個(gè)公式中平面電磁波傳播方向上的單位矢量是用因?yàn)槲覀儚臅旧狭私獾诫姶挪骋环较虻哪芰髅芏鹊扔谠摲较虻哪芰棵芏扰c光速的乘積，所以用公式表示出來就是S=cwn這個(gè)樣子,在這個(gè)公式中能量密度可以用w來表示，所以用公式表示的話就是：g與之同時(shí)，我們又知道電磁場的動量密度g同能流密度S有著非常密切的關(guān)系，并且用公式表示它的關(guān)系式子為：g=ε設(shè)想一下電磁波入射到某一物體的表面，入射到表面后發(fā)生反射，與之同時(shí)該物體表面的平面單元為?s，在反射過程中我們可以用?g來表示電磁波的動量密度改變量，此反射過程的能流密度改變量為反射過程的能流密度減去入射過程的能流密度，根據(jù)上述公式g=1c將公式右邊的分母乘以左邊，就可以知道電磁波動量的改變量，用具體的關(guān)系式子可以表示為?將電磁波動量密度改變量?g?p=1c2（S反?S入所以經(jīng)過這一系列公式變換，我們求得電磁波所受的力為?因?yàn)樽饔昧Φ慕Y(jié)果就是單位面積單位時(shí)間動量改變量，又電磁波同時(shí)也具有動量，所以入射到物體表面的電磁波，會在物體表面產(chǎn)生一個(gè)的壓力，根據(jù)上面的公式,所以這個(gè)壓力為?F倘若入射時(shí)的能流密度S反方向與反射時(shí)能流密度S反方向眾所周知，光也是屬于眾多類型的電磁波中的一種。從上面的電磁波入射到物體表面會產(chǎn)生一個(gè)輻射壓力的現(xiàn)象，同理可得，光線在照射到物體表面的同時(shí)，也會在與物體接觸的表面產(chǎn)生一個(gè)壓力，產(chǎn)生的這個(gè)壓力被我們稱之為光壓倘若該物體表面將照射的太陽光全都反射，那么會有入射過程中的能流密度S入與S反相等倘若該物體表面將照射的太陽光全都吸收，那么會有反射過程中的能流密度S反等于0，在這種完全吸收的情況下，光壓會等于P現(xiàn)在我們來通過推導(dǎo)的公式來計(jì)算一下人造地球衛(wèi)星所受到太陽光的輻射壓力。我們現(xiàn)在可以設(shè)想有一個(gè)人造地球衛(wèi)星懸浮在地球的上方,在衛(wèi)星發(fā)射之前我們測得它的質(zhì)量是75kg,它的外形是一個(gè)直徑為l=2.0m的球體。現(xiàn)在我們知道該人造地球衛(wèi)星將照射到它表面的百分之七十五的太陽光吸收掉了,并且將剩下百分二十五反射掉了。在地面上測得太陽光能流密度的周期平均值為1.3×103W／m2，在地球上方能流密度的周期平均值應(yīng)該稍大一些，我們估值為1.4×103W／m2，所以太陽光作用在該衛(wèi)星上的輻射壓力為P又有由已知的條件可得S所以我們將上面所提到得數(shù)值代入計(jì)算得P=經(jīng)過計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)光在物體表面所產(chǎn)生的壓力其實(shí)非常小，奈何滴水石穿，在非常長的時(shí)間上累積下來，還是會使對該人造地球衛(wèi)星產(chǎn)生較大的影響，使其偏離之前運(yùn)行的軌道。電磁波的輻射壓力在天文學(xué)方面的應(yīng)用2.1.愛丁頓光度說起輻射壓力在天文學(xué)方面的應(yīng)用，我們不得不提起一個(gè)理論-愛丁頓光度，愛丁頓光度的理論術(shù)語是指在球?qū)ΨQ前提下恒星的輻射壓力不超過引力時(shí)的光度上限值，也可以說是在球?qū)ΨQ吸積情況下吸積產(chǎn)能的光度上限。大家可能不太懂吸積是什么意思，吸積就是天體用引力吸引物質(zhì)的過程，期間伴隨著質(zhì)量的增長與能量的釋放。從恒星的形成到最為猛烈的天體活動，吸積都扮演了相當(dāng)重要的角色。提出這一理論的是英國天體物理學(xué)家，數(shù)學(xué)家亞瑟·斯坦利·愛丁頓爵士，他是根據(jù)引力和輻射壓力平衡計(jì)算得到這個(gè)結(jié)果的。那么我們可以根據(jù)引力和輻射壓力相等，在合理的假設(shè)上推導(dǎo)出愛丁頓光度如果考慮一個(gè)各向同性輻射的恒星，質(zhì)量為M,光度為L。在位于恒星中心距離為r處單位面積單位時(shí)間通過的能量為dEdtdA兩邊同時(shí)除以光速c，就可以得到單位時(shí)間單位面積通過的輻射的動量，即輻射壓dpdtdA=其中，σT是電子的湯姆孫散射截面，因?yàn)橘|(zhì)子的湯姆孫散射截面遠(yuǎn)小于電子的湯姆孫散射截面，所以可以用電子的湯姆孫散射截面遠(yuǎn)來代表整個(gè)原子的截面，又有輻射壓力等于引力，所以σTL其中mp是天體中本身質(zhì)子的質(zhì)量，M⊙是太陽的質(zhì)量，由我們推導(dǎo)出來的公式可得，發(fā)光填體能夠累積的光度同他本身的質(zhì)量大小成正比，同時(shí)根據(jù)最后一個(gè)公式的計(jì)算，太陽能夠累積的光度，也就是他的愛丁頓光度大約是他的極限的104倍。在流體靜力學(xué)中，愛丁頓光度是它平衡時(shí)的來源最大的亮度。倘若它的亮度大于愛丁頓發(fā)光度，那么輻射壓力會產(chǎn)生一個(gè)向外流失的效果。天體會吸積它周圍的介質(zhì)，與之同時(shí)，天體同樣的也會發(fā)出輻射。在這個(gè)天體周圍的物質(zhì)被天體吸積，達(dá)到一定程度的時(shí)候，輻射壓力將產(chǎn)生一個(gè)阻止物質(zhì)掉落的效果，目的是為了防止該天體吸積的物質(zhì)進(jìn)一步的掉落。在這個(gè)時(shí)候，天體吸積的物質(zhì)中粒子會同時(shí)受到一個(gè)方向向天體內(nèi)部的萬有引力和一個(gè)方向向天體外面的輻射壓力，并且兩者的大小上會保持相等，這個(gè)時(shí)候我們就可以說天體就達(dá)到了平衡狀態(tài)，天體的這個(gè)平衡狀態(tài)被我們統(tǒng)一的稱之為流體靜力平衡。恒星的極限，倘若大于愛丁頓光度的時(shí)候，該恒星會從它自身的外層結(jié)構(gòu)的上方，會產(chǎn)生一陣特別強(qiáng)烈，由輻射驅(qū)動的恒星風(fēng)。可是大多數(shù)情況下，愛丁頓光度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于絕大部分的恒星，所以我們知道它們的恒星風(fēng)，并不是一因?yàn)檩椛溆绊懏a(chǎn)生的，它們的主要產(chǎn)生原因是強(qiáng)度較為小些的吸收線為之驅(qū)動的，我們經(jīng)過愛丁頓光度極限理論的理解，可以這么認(rèn)為，任何的一個(gè)恒星在誕生的時(shí)候，它的質(zhì)量是不可能達(dá)到超過太陽質(zhì)量的150倍，倘若有某個(gè)恒星的質(zhì)量，已經(jīng)達(dá)到太陽質(zhì)量的120倍的程度，甚至以上的時(shí)候，該恒星必定會產(chǎn)生一個(gè)非常劇烈的恒星大爆炸。倘若有一個(gè)恒星超過愛丁頓理論所規(guī)定的極限的時(shí)候，在這個(gè)時(shí)候，該恒星首先會從恒星的內(nèi)部開始擠壓自身，漸漸通過擠壓，慢慢的失去質(zhì)量，最終達(dá)到的效果是該恒星的內(nèi)部會逐漸的減小，最終減小的程度是達(dá)到這個(gè)恒星能夠承受的速度截止。通過愛丁頓光度極限理論的理解，我們知道，由輻射為之驅(qū)動的恒星風(fēng)，會使得恒星內(nèi)部的絕大部分的物質(zhì)流出來，因?yàn)橛形镔|(zhì)一直流出，所以導(dǎo)致的結(jié)果是比較大的恒星，自始自終，無法保持住如此巨大的質(zhì)量。與之同時(shí)，愛丁頓光度被激發(fā)這一現(xiàn)象，還被用來解釋吸積黑洞的亮度，具體的例子就是類星體現(xiàn)象。在恒星的內(nèi)部會發(fā)生非常劇烈的核聚變，而且它通過核聚變這一作用產(chǎn)生的能量，是從恒星體的內(nèi)部向恒星體的外部發(fā)射，并且在能量向外噴射的過程中，必須要克服恒星體內(nèi)部的物質(zhì)產(chǎn)生的阻力這一作用。所以會導(dǎo)致，恒星體的內(nèi)部通過核聚變這一作用產(chǎn)生的絕大部分熱量，直接或者間接地被恒星體內(nèi)部的物質(zhì)吸收。在熱量被恒星內(nèi)部的物質(zhì)所吸收后，絕大部分熱能會轉(zhuǎn)換成為原子的動能，從而使導(dǎo)致一個(gè)結(jié)果，就是該原子會非常高的速度在恒星核中高速運(yùn)動，并有種“掙脫”恒星核的跡象，并且這個(gè)速度可以達(dá)到非常高的數(shù)值，甚至每秒數(shù)千甚至數(shù)萬公里都不在話下。同時(shí)原子以如此高的速度進(jìn)行運(yùn)動，必然導(dǎo)致一個(gè)結(jié)果就是原子與原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生一個(gè)相互作用。碰撞之后產(chǎn)生的分離，也會產(chǎn)生一個(gè)效果，使得在恒星體內(nèi)部的一些原子也會同樣的遠(yuǎn)離，恒星體的內(nèi)部幾千幾萬甚至幾億原子，不間斷的發(fā)生碰撞與分離，這樣子數(shù)量的原子同時(shí)碰撞，就會產(chǎn)生一個(gè)較為宏觀的效果，會導(dǎo)致恒星內(nèi)核的動能不斷向外沖擊，就好像一件小孩的衣服硬生生的套在成人身上，這樣子產(chǎn)生的一個(gè)效果就是，衣服被撐大，所以同理可得，這會產(chǎn)生的效果與之類似，該動能會使得恒星的體積變得更大。倘若恒星的質(zhì)量實(shí)在是太大了，那么該恒星體內(nèi)部里面的核聚變活動會十分劇烈，核聚變活動劇烈，產(chǎn)生的一個(gè)效果就是，向外傳遞的輻射非常的強(qiáng)，并且由輻射產(chǎn)生的輻射壓力也達(dá)到一個(gè)前所未有的高度。而且在通過比較電磁波輻射的散熱速度和能量的產(chǎn)生速度之后，我們會發(fā)現(xiàn)其能量產(chǎn)生的速度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電磁波輻射的散熱速率，通過這一現(xiàn)象的對比，我們就會在它的內(nèi)部產(chǎn)生的大部分能量將無處釋放，只能被迫的引向恒星體的外部爆炸，這樣子能量大爆炸的結(jié)果就是，轉(zhuǎn)化成物質(zhì)的動能，在傳遞到恒星的外層后，速度仍然保持一個(gè)極高的值，這樣子的話分布在恒星體外層的物質(zhì)，就接收到從恒星體內(nèi)部傳遞這部分動能，并且達(dá)到逃逸速度，這就會表現(xiàn)成一個(gè)恒星向外“拋東西”的效果。隨著內(nèi)部的輻射壓力將物質(zhì)拋掉，在這一增一減的過程中，恒星的質(zhì)量就沒有辦法得到增加，已經(jīng)達(dá)到了愛丁頓光度的天體會發(fā)生我剛剛所說的這一現(xiàn)象。當(dāng)英國的天體物理學(xué)家亞瑟·斯坦利·愛丁頓爵士提出愛丁頓光度這一概念的時(shí)候，許多物理學(xué)家都進(jìn)行計(jì)算與驗(yàn)證，迫于當(dāng)時(shí)的星體觀測儀器實(shí)在不夠先進(jìn)，愛丁頓光度始終被當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家認(rèn)為是十分合理的。并且愛丁頓光度極限理論所聲稱，太陽質(zhì)量的150倍是恒星星體所能達(dá)到的最大質(zhì)量這一說法也是得到了當(dāng)時(shí)絕大部分的物理學(xué)家所認(rèn)可，并且將這個(gè)數(shù)據(jù)奉之為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，天文觀測儀器也進(jìn)一步得到了提升，所以這一標(biāo)準(zhǔn)被后來強(qiáng)有力的天文觀測數(shù)據(jù)無情地推翻了。在如今的觀測數(shù)據(jù)中，在浩瀚的宇宙中，我們觀測到具體的位置是位于麥哲倫星系大云中，并且該星體的所展現(xiàn)出來的顏色是藍(lán)色，我們將其稱之為藍(lán)色超巨星，這個(gè)藍(lán)色超巨星是目前已知的最亮，最重的那顆恒星。它的質(zhì)量不僅僅超過了愛丁頓光度極限理論所規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)-太陽質(zhì)量的150倍，它的質(zhì)量還來到了太陽質(zhì)量的265到315倍之間，而且與之同時(shí)，它的亮度也不差，它的亮度達(dá)到了太陽的870萬倍。并且就目前而言，這顆恒星仍然保持著穩(wěn)定，并且在很長的一段時(shí)間保持著，這一星體觀測的發(fā)現(xiàn)，立馬就刷新了天文學(xué)家對恒星質(zhì)量的上限的認(rèn)知，果然真理永遠(yuǎn)是實(shí)踐出來，錯(cuò)誤的結(jié)論往往在實(shí)踐中站不住腳跟，并且這些天文學(xué)家得到一個(gè)觀點(diǎn)，認(rèn)為這顆恒星在向外“拋東西”的過程中，至少有50個(gè)太陽質(zhì)量的物質(zhì)被該恒星拋出了。隨著新的觀測結(jié)果出現(xiàn)，人們有時(shí)會想既然150倍太陽質(zhì)量不是恒星質(zhì)量的上限，那么更為準(zhǔn)確的恒星質(zhì)量上限具體達(dá)到了多少呢，就目前而言，沒有統(tǒng)一的理論去聲明這一想法。有的人會說太陽質(zhì)量的300倍會是恒星質(zhì)量的上限，也有人說太陽質(zhì)量的500或1000倍是恒星質(zhì)量的上限。在這種眾所紛紜的情況下，愛丁頓光度這一理論完全被否定，每一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)都有著它存在的重大的意義，就絕大部分情況而言，被天文學(xué)所觀測到的，那些質(zhì)量超過太陽150倍的恒星是特別的不穩(wěn)定，愛丁頓光度極限理論，在這種情況下，也是具有非常高的參考價(jià)值。影響恒星質(zhì)量的上限不僅僅只與愛丁頓光度的一個(gè)值相關(guān)，每一顆恒星的自身情況都不同，這樣子導(dǎo)致的結(jié)果就是恒星質(zhì)量的上限會不同，例如是否有物質(zhì)圍繞恒星的外層旋轉(zhuǎn)，以及其所在的空間環(huán)境，還有就是其自身元素的組成，一系列的等等，都會產(chǎn)生一定的影響。所以將這一概念以偏蓋全的運(yùn)用到所有情況上，本身就不是一個(gè)很好的看法，具體的恒星應(yīng)該運(yùn)用不同的方法就去計(jì)算，用愛丁頓光度的單個(gè)值來測量所有恒星，在本質(zhì)上就是“以偏概全”是一個(gè)意思，因此是十分不科學(xué)的。2.2.彗星尾現(xiàn)象的解釋除了愛丁頓光度，輻射壓力在天文學(xué)還有一個(gè)較為顯著的現(xiàn)象就是彗星尾現(xiàn)象，最顯著的例子是彗星尾巴的方向，天文學(xué)家認(rèn)為可以通過輻射壓力解釋了彗星的一些有趣的現(xiàn)象。彗星的尾巴總是指向遠(yuǎn)離太陽的方向，具體的表現(xiàn)就是彗星在靠近太陽的時(shí)候，它的尾巴就會緊隨其后。在彗星最靠近太陽，并且圍繞著太陽進(jìn)行移動，那么它的尾巴就會產(chǎn)生一個(gè)現(xiàn)象，就是一前一后進(jìn)行來回的擺動。最后當(dāng)彗星逐漸的離開了太陽的時(shí)候，它的尾巴就會跑到它前面運(yùn)行。彗星尾被太陽光照亮,有時(shí)能被人用肉眼看到,我國民間把這種現(xiàn)象稱為“掃帚星”。大約半個(gè)世紀(jì)以來，他們認(rèn)為這是真的，但他們錯(cuò)了。已知?jiǎng)恿苛髅芏葟埩颗c動量密度的關(guān)系式為T=cg其中T為動量流密度張量，c為電磁波的傳播速度，g是動量密度，第二個(gè)ek式子第一個(gè)ek我們假設(shè)平面電磁波入射于理想導(dǎo)體表面上而全部被反射掉，入射角為θ我們從動量流密度張量的公式可知，只有在垂直于波矢量的平面上，電磁波才攜帶動量密度g和傳播速度c,因此，入射電磁波的動量可以被我們分解為兩個(gè)方向的分量，一個(gè)分量的方向是垂直于表面，另外一個(gè)分量的分量是與表面相切。在電磁波被該表面反射之后，我們通過觀察數(shù)據(jù)就可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，與表面相切這一方向的分量是始終保持不變的，但是垂直于表面這一方向的分量卻要將他們公式前的正負(fù)號改變。我們已知了，電磁波的傳播速度為c，所以經(jīng)過計(jì)算，平面電磁波的動量在單位時(shí)間每秒鐘內(nèi)，通過單位橫截面的值用公式表示為g在這個(gè)公式中，已知入射到該表面的電磁波平均能量密度w。并且在上式中，垂直于表面的分量，也就是法向分量為wicosθ.在實(shí)際上，電磁波這部分動量入射到該表面的面積等于1在這整個(gè)反射的過程中，電磁波的動量不僅僅會在垂直于表面的方向分量上發(fā)生變化，而且同樣的在與導(dǎo)體表面相切的方向分量上也會發(fā)生變化，所以電磁波動量變化率會等于切向分量的變化率與法向分量的之和，又我們求得了法向分量的量，切向方向變化與之類似，兩者相加就等于上式的兩倍，表示為2wicos在一般情況下中，絕大部分的電磁波通過動量變化所提供出來的輻射壓強(qiáng)其實(shí)是非常小的，舉個(gè)比較鮮明的例子，在實(shí)際上，地球表面上所接受到的由太陽光輻射所引起的能流密度，它的平均值也就1.35×103W/m2，我們代入公式求得，算出太陽光的輻射壓強(qiáng)也僅僅為~10-6Pa，這是一個(gè)非常小的值了。對彗星尾的方向影響微乎其微，很顯然彗星的尾部依靠太陽光的輻射壓強(qiáng)，被推向背離太陽的方向是非常不現(xiàn)實(shí)的，所以經(jīng)過后續(xù)我們的發(fā)現(xiàn)，彗星尾部經(jīng)過太陽風(fēng)的作用，被狠狠的推向背離太陽的方向。3.電磁波的輻射壓力在其他科技方面的應(yīng)用3.1.太陽帆飛船-利用太陽光的輻射壓力加速飛船首先，讓我們了解太陽帆宇宙飛船的過去和現(xiàn)在。其實(shí)太陽帆宇宙飛船是，太陽光的輻射壓力理論應(yīng)用到技術(shù)的延伸物，在400年前，曾經(jīng)就有這樣子的一位著名的天文學(xué)家，他的名字叫做開普勒，他根據(jù)光壓的一些現(xiàn)象，設(shè)想了一下，倘若有這么一種飛船，他僅僅只需要太陽光的輻射壓力來提供動力就可以翱翔于宇宙了，并不需要其他任何能源來進(jìn)行輔助，開普勒迫于當(dāng)時(shí)的時(shí)代技術(shù)的局限性，也只是提供了這么一個(gè)設(shè)想，后面還是不了了之，但是隨著科技革命，航天技術(shù)的不斷發(fā)展，到二十世紀(jì)二三十年代的樣子，太陽帆飛船，這一概念，通過技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，才慢慢的變得清晰明了。尤其是1924年，在推進(jìn)蘇聯(lián)航空航天工業(yè)方面有著巨大建樹的康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基，與他的同事弗里德里?！っ鞔_提出一個(gè)想法，就是“可以運(yùn)用太陽在理想情況下，被巨大的薄鏡上反射所得到的推力，并且這一推力被用來獲得宇宙速度”這一想法。燦德爾根據(jù)這一想法中“巨大的薄鏡”，把這一“薄鏡”聯(lián)想成帆船的帆運(yùn)用到飛船上去，最先的提出了太陽帆這一概念，這種太陽帆的材料主要是運(yùn)用一種用硬塑料包裹的超薄金屬帆，如今的話，建造太陽帆最基本的條件就是運(yùn)用到這一材料。太陽帆航天器的原理就是在太空中沒有空氣阻力，因此利用太陽光的輻射壓力理論上可以給飛船提供一個(gè)加速度。眾所周知，隨著理論的不斷完善，光是由光子組成的，我們可以根據(jù)波粒二象性可知，光子也具有粒子性，所有它們具有動量，與之同時(shí)是它沒有靜態(tài)質(zhì)量。在光子撞擊到了光滑的太陽帆表面去，它就會隨之改變運(yùn)動的方向，為了便于理解，我們可以設(shè)想手握著一個(gè)網(wǎng)球，將這個(gè)網(wǎng)球自然掉下來，網(wǎng)球會彈跳起來，它的方向變化就是網(wǎng)球自由下落碰撞到地面的方向變化一樣的，并且會給擊中的物體帶來相應(yīng)的一個(gè)推力，單個(gè)光子當(dāng)然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如展示的網(wǎng)球所達(dá)到的彈力這么明顯，它所產(chǎn)生的推力微乎其微，據(jù)已知在從地球到太陽的距離上，在單位面積每平方米的太陽帆上的光，它產(chǎn)生的推力甚至比螞蟻的重量還小，在數(shù)值上等于0.9達(dá)。通過把太陽帆建造的非常大，而且十分輕巧，目的就是為了讓經(jīng)過太陽的輻射所產(chǎn)生的加速度達(dá)到最大的效果，該太陽帆的表面也必須保證十分的光滑和平整。在地球上存在空氣的阻力，所以對這個(gè)推力會產(chǎn)生一個(gè)較大的阻礙效果，使得它非常的小，但是在太空中的環(huán)境是真空的，所以沒有空氣對這個(gè)推力產(chǎn)生阻礙的效果，所以根據(jù)牛頓第三定律，由這個(gè)推力產(chǎn)生的加速度，太陽帆因這個(gè)加速度增加的速度，所產(chǎn)生的效果將十分的顯而易見，并且該速度將疊加。阿波羅號到達(dá)月球需要一個(gè)月，在太陽帆的作用下，僅僅只需要花費(fèi)三天的時(shí)間，如果阿波羅號要到達(dá)火星，阿波羅號至少需要花費(fèi)好幾年的時(shí)間，如果是在太陽帆的作用下，那么就只需要花費(fèi)幾個(gè)月的時(shí)間。3.2.對導(dǎo)航衛(wèi)星的影響我們了解到目前地面與人造通信衛(wèi)星之間的通信依賴于電磁波的輻射作用，眾所周知，當(dāng)衛(wèi)星在太空中移動時(shí)，它暴露在太陽光線的輻射之下，其中一些被衛(wèi)星吸收，一些被衛(wèi)星反射，又太陽光是一種較為常見的電磁波，它的輻射會與相接觸物體產(chǎn)生一個(gè)輻射壓力，通常情況，根據(jù)推導(dǎo)的輻射壓力公式計(jì)算結(jié)果，太陽對地球外層的人造衛(wèi)星的輻射壓力約為1.75×10對于地球的同步軌道衛(wèi)星來說，衛(wèi)星控制設(shè)計(jì)以及衛(wèi)星壽命預(yù)測等方面的三軸力矩基本為常數(shù)，這一數(shù)值對太陽光的輻射壓力在衛(wèi)星上的問題有著一部分參考價(jià)值，有利于衛(wèi)星的建造，壽命預(yù)測，管理工作方面的開展4.總結(jié)4.1.總結(jié)本文著重分析了介紹了輻射壓力在天文學(xué)方面的作用，輻射壓力對天體的構(gòu)造方面與發(fā)展階段起著較為重要的作用，輻射壓力是為了防止恒星因?yàn)橐ο騼?nèi)坍縮，同時(shí)通過輻射，向外拋出一部分質(zhì)量的物質(zhì)。使得恒星體積變大，并將著重點(diǎn)放在了對愛丁頓光度的推導(dǎo)與分析，通過粒子的碰撞理論，認(rèn)識到力的結(jié)果無非是單位時(shí)間單位面積動量改變量的變化結(jié)果。星體的穩(wěn)定主要是向外輻射的光子與向內(nèi)吸積的物質(zhì)發(fā)生的碰撞達(dá)到了完全彈性碰撞，同時(shí)還運(yùn)用推導(dǎo)的輻射壓強(qiáng)公式估算出太陽的輻射壓強(qiáng)的數(shù)值，得出了一個(gè)結(jié)論，彗星尾現(xiàn)象并不是輻射壓力導(dǎo)致的結(jié)果，而是因?yàn)樘栵L(fēng)。文章的開頭部分主要是通過一些公式認(rèn)識到場是一種特殊的“物質(zhì)”，將電磁場和電磁波分開進(jìn)行討論，得出電磁場的動量密度，并對其討論，計(jì)算出電磁波的輻射壓力，文章的最后部分是交代輻射壓力在一些技術(shù)方面的應(yīng)用，其一太陽帆航天器的原理就是在太空中沒有空氣阻力，因此利用太陽光的輻射壓力理論上可以給飛船提供一個(gè)加速度，使得這個(gè)飛船在宇宙翱翔。其二就是會對通信衛(wèi)星造成一定的影響，一般來說輻射壓力數(shù)值很小，微乎其微，對一般的衛(wèi)星造不成什么影響，但是對于通信衛(wèi)星來說，需要精確的GPS定位，輻射壓力會使得定位產(chǎn)生一定偏差。影響還是較大的，所以避免輻射壓力帶來的影響，有利于衛(wèi)星長期管理工作和衛(wèi)星設(shè)計(jì)制造工作的開展4.2.不足與展望通過以上總結(jié)，本文主要對輻射壓力的一些簡單計(jì)算和推導(dǎo)，針對輻射壓力在天文學(xué)的應(yīng)用方面著重筆墨，還有講述了電磁波在一些技術(shù)的應(yīng)用，但是同時(shí)，本文同時(shí)還存在很多缺點(diǎn)，例如：輻射壓力計(jì)算公式都是現(xiàn)成的，沒有創(chuàng)新，代入公式的數(shù)值都是幾年前觀測到的結(jié)果，沒有引用到目前的最新數(shù)據(jù)變化，因此也只能計(jì)算出的東西，也只是在一個(gè)大致的范圍，與此同時(shí)，太陽帆航天器的具體實(shí)際應(yīng)用方面也只是在理論情況進(jìn)行運(yùn)算，沒有考慮到成本，人力，物力方面的問題，在實(shí)際操作方面可能較為困難，對目前輻射壓力在技術(shù)方面進(jìn)步?jīng)]有突破，這些問題需要在未來更深一步的研究過程中進(jìn)一步改進(jìn)。參考文獻(xiàn)[1]郭碩鴻，電動力學(xué)[M],北京，高等教育出版社，2008[2]趙長海，《淺議電磁波的動量及其輻射壓力》[A],1009-3826(2006)04-0126-02[3]王友平，李辰穎，劉景勇,《電磁波輻射壓力對三軸穩(wěn)定通信衛(wèi)星動量輪轉(zhuǎn)速影響研究》,CARS-2013-1581[4]亞瑟·艾丁頓，《恒星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)