【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(dòng)量與輻射壓力的計(jì)算 233931.1.電磁場(chǎng)的動(dòng)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(ài)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(yáng)帆飛船-利用太陽(yáng)光的輻射壓力加速飛船 8305403.2.對(duì)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(wú)非是粒子碰撞過(guò)程中單位時(shí)間單位面積動(dòng)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(chǎng)，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(dòng)量改變量就是輻射壓的結(jié)果。通過(guò)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(ài)丁頓光度極限。以及根據(jù)電磁場(chǎng)的動(dòng)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(wèn)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(shuō)，太陽(yáng)帆飛船以及輻射壓力對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星產(chǎn)生一定影響?！娟P(guān)鍵詞】愛(ài)丁頓極限輻射壓力動(dòng)量密度太陽(yáng)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(guò)場(chǎng)來(lái)傳遞的，其中場(chǎng)表現(xiàn)為力的作用與做功，所以我們由此可以知道場(chǎng)也具有動(dòng)量和能量，這樣子我們就可以把場(chǎng)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(chǎng)，磁體具有磁場(chǎng)，而運(yùn)動(dòng)的電荷既具有電場(chǎng)又具有磁場(chǎng)，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(dòng)勢(shì)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(chǎng)會(huì)形成一個(gè)渦旋磁場(chǎng)，發(fā)生變化的渦旋磁場(chǎng)會(huì)形成一個(gè)電場(chǎng)，兩者相互轉(zhuǎn)化，從而形成一個(gè)類似于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)能對(duì)放入其中的電流具有力的作用，也能對(duì)放入其中的電荷做功，說(shuō)明電磁場(chǎng)也是一種特殊的物質(zhì)，具有動(dòng)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(yáng)光這一現(xiàn)象歸結(jié)于是因?yàn)樘?yáng)光的壓力。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(duì)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(dòng)具體證明了光壓的存在。他通過(guò)測(cè)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(ài)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(chǎng)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?cè)O(shè)定一個(gè)中性粒子將電磁波的能量全部吸收，能量會(huì)不會(huì)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(shuō)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(dòng)，那么我們可以說(shuō)電磁場(chǎng)給中性粒子施加了一個(gè)力，電磁波能夠把它的運(yùn)動(dòng)傳遞給那個(gè)中性粒子，我們已知在運(yùn)動(dòng)中任何一個(gè)大而重的物體，對(duì)阻擋在他面前的物體運(yùn)動(dòng)的影響是非常明顯的，就比如說(shuō)保齡球游戲中，運(yùn)動(dòng)的球擊中一堆靜止的瓶子，擊中瓶子紛紛倒下并轉(zhuǎn)動(dòng)到簍子里去，我們可以說(shuō)運(yùn)動(dòng)的球把他的運(yùn)動(dòng)傳遞到了靜止的瓶子上，麥克斯韋早在1873年就對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了深刻的理論研究。他指出，即使光是由無(wú)質(zhì)量的波組成的，它也會(huì)對(duì)物質(zhì)施加取決于運(yùn)動(dòng)光束每單位長(zhǎng)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(guò)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(guò)一些天體現(xiàn)象，來(lái)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(duì)人造通信衛(wèi)星軌道偏移產(chǎn)生較大的影響，同時(shí)太陽(yáng)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(huì)導(dǎo)致恒星收縮，然而輻射壓力會(huì)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(huì)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(yáng)就是一個(gè)生動(dòng)的例子。因此我覺(jué)得研究電磁波的動(dòng)量和輻射壓力有著非常重要的意義。 1.電磁波的動(dòng)量與輻射壓力的計(jì)算1.1.電磁場(chǎng)的動(dòng)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?chǎng)與帶電粒子的相互作用，使得電磁場(chǎng)和帶電粒子之間發(fā)生了相互的動(dòng)量傳遞。另一方面，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)與這個(gè)區(qū)域外的磁場(chǎng)之間也發(fā)生了同樣的動(dòng)量傳遞。通過(guò)動(dòng)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(guò)界面S傳遞的動(dòng)量應(yīng)該等于傳入?yún)^(qū)域V的動(dòng)量，并且會(huì)等于區(qū)域V中帶電粒子的動(dòng)量變化率與區(qū)域V中電磁場(chǎng)的動(dòng)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(dòng)力學(xué)方程，因此我們可以通過(guò)麥克斯韋方程組和洛侖茲力公式推導(dǎo)得出電磁場(chǎng)和帶電粒子的動(dòng)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(dòng)著的帶電粒子系統(tǒng)在電磁場(chǎng)中的作用力密度f(wàn)f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(dòng)量會(huì)產(chǎn)生一個(gè)變化，與此同時(shí)，因?yàn)閯?dòng)量守恒這一定律，我們可以清楚的知道，電磁場(chǎng)的動(dòng)量也會(huì)衍生出一個(gè)與之相對(duì)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(dòng)量的變化量，根據(jù)這一說(shuō)法，上面公式左邊的作用力密度f(wàn)會(huì)等于帶電粒子系統(tǒng)的動(dòng)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(chǎng)動(dòng)量密度變化率的一些量以及表示電磁場(chǎng)內(nèi)部動(dòng)量轉(zhuǎn)移的一些量。如此這樣的話，我們可以通過(guò)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(chǎng)的量表示出來(lái)，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(guò)上述公式一系列的變換，我們可以將作用力密度f(wàn)變換成，對(duì)E和B對(duì)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(dòng)量的變化量，所以作用力密度f(wàn)會(huì)等于帶電粒子系統(tǒng)的動(dòng)量密度的變化率，我們通過(guò)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(hào)去掉，按道理應(yīng)該是代表著電磁場(chǎng)動(dòng)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(dòng)量守恒定律來(lái)解釋的話，那么我們對(duì)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(chǎng)的動(dòng)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(duì)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(chǎng)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(lái)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(lái)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(chǎng)的動(dòng)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(guò)程中我們可以用?g來(lái)表示電磁波的動(dòng)量密度改變量，此反射過(guò)程的能流密度改變量為反射過(guò)程的能流密度減去入射過(guò)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(dòng)量的改變量，用具體的關(guān)系式子可以表示為?將電磁波動(dòng)量密度改變量?g?p=1c2（S反?S入所以經(jīng)過(guò)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(dòng)量改變量，又電磁波同時(shí)也具有動(dòng)量，所以入射到物體表面的電磁波，會(huì)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(huì)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(huì)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(yáng)光全都反射，那么會(huì)有入射過(guò)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(yáng)光全都吸收，那么會(huì)有反射過(guò)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(huì)等于P現(xiàn)在我們來(lái)通過(guò)推導(dǎo)的公式來(lái)計(jì)算一下人造地球衛(wèi)星所受到太陽(yáng)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(cè)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?，F(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(yáng)光吸收掉了,并且將剩下百分二十五反射掉了。在地面上測(cè)得太陽(yáng)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(yáng)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(guò)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(zhǎng)的時(shí)間上累積下來(lái)，還是會(huì)使對(duì)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(ài)丁頓光度說(shuō)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(ài)丁頓光度，愛(ài)丁頓光度的理論術(shù)語(yǔ)是指在球?qū)ΨQ前提下恒星的輻射壓力不超過(guò)引力時(shí)的光度上限值，也可以說(shuō)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(guò)程，期間伴隨著質(zhì)量的增長(zhǎng)與能量的釋放。從恒星的形成到最為猛烈的天體活動(dòng)，吸積都扮演了相當(dāng)重要的角色。提出這一理論的是英國(guó)天體物理學(xué)家，數(shù)學(xué)家亞瑟·斯坦利·愛(ài)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(ài)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(zhǎng)。在位于恒星中心距離為r處單位面積單位時(shí)間通過(guò)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(guò)的輻射的動(dòng)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(lái)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(yáng)的質(zhì)量，由我們推導(dǎo)出來(lái)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(yáng)能夠累積的光度，也就是他的愛(ài)丁頓光度大約是他的極限的104倍。在流體靜力學(xué)中，愛(ài)丁頓光度是它平衡時(shí)的來(lái)源最大的亮度。倘若它的亮度大于愛(ài)丁頓發(fā)光度，那么輻射壓力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向外流失的效果。天體會(huì)吸積它周圍的介質(zhì)，與之同時(shí)，天體同樣的也會(huì)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(huì)同時(shí)受到一個(gè)方向向天體內(nèi)部的萬(wàn)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(huì)保持相等，這個(gè)時(shí)候我們就可以說(shuō)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(ài)丁頓光度的時(shí)候，該恒星會(huì)從它自身的外層結(jié)構(gòu)的上方，會(huì)產(chǎn)生一陣特別強(qiáng)烈，由輻射驅(qū)動(dòng)的恒星風(fēng)?？墒谴蠖鄶?shù)情況下，愛(ài)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(dòng)的，我們經(jīng)過(guò)愛(ài)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(guò)太陽(yáng)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(yáng)質(zhì)量的120倍的程度，甚至以上的時(shí)候，該恒星必定會(huì)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(guò)愛(ài)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(huì)從恒星的內(nèi)部開始擠壓自身，漸漸通過(guò)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(huì)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(guò)愛(ài)丁頓光度極限理論的理解，我們知道，由輻射為之驅(qū)動(dòng)的恒星風(fēng)，會(huì)使得恒星內(nèi)部的絕大部分的物質(zhì)流出來(lái)，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(wú)法保持住如此巨大的質(zhì)量。與之同時(shí)，愛(ài)丁頓光度被激發(fā)這一現(xiàn)象，還被用來(lái)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(huì)發(fā)生非常劇烈的核聚變，而且它通過(guò)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(guò)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(huì)導(dǎo)致，恒星體的內(nèi)部通過(guò)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(huì)轉(zhuǎn)換成為原子的動(dòng)能，從而使導(dǎo)致一個(gè)結(jié)果，就是該原子會(huì)非常高的速度在恒星核中高速運(yùn)動(dòng)，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(wàn)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(dòng)，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(huì)產(chǎn)生一個(gè)效果，使得在恒星體內(nèi)部的一些原子也會(huì)同樣的遠(yuǎn)離，恒星體的內(nèi)部幾千幾萬(wàn)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(huì)產(chǎn)生一個(gè)較為宏觀的效果，會(huì)導(dǎo)致恒星內(nèi)核的動(dòng)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(huì)產(chǎn)生的效果與之類似，該動(dòng)能會(huì)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(dòng)會(huì)十分劇烈，核聚變活動(dòng)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(guò)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(huì)發(fā)現(xiàn)其能量產(chǎn)生的速度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電磁波輻射的散熱速率，通過(guò)這一現(xiàn)象的對(duì)比，我們就會(huì)在它的內(nèi)部產(chǎn)生的大部分能量將無(wú)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(dòng)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(dòng)能，并且達(dá)到逃逸速度，這就會(huì)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(guò)程中，恒星的質(zhì)量就沒(méi)有辦法得到增加，已經(jīng)達(dá)到了愛(ài)丁頓光度的天體會(huì)發(fā)生我剛剛所說(shuō)的這一現(xiàn)象。當(dāng)英國(guó)的天體物理學(xué)家亞瑟·斯坦利·愛(ài)丁頓爵士提出愛(ài)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(cè)儀器實(shí)在不夠先進(jìn)，愛(ài)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(ài)丁頓光度極限理論所聲稱，太陽(yáng)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(shuō)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(cè)儀器也進(jìn)一步得到了提升，所以這一標(biāo)準(zhǔn)被后來(lái)強(qiáng)有力的天文觀測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)情地推翻了。在如今的觀測(cè)數(shù)據(jù)中，在浩瀚的宇宙中，我們觀測(cè)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(lái)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(guò)了愛(ài)丁頓光度極限理論所規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)-太陽(yáng)質(zhì)量的150倍，它的質(zhì)量還來(lái)到了太陽(yáng)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(yáng)的870萬(wàn)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(zhǎng)的一段時(shí)間保持著，這一星體觀測(cè)的發(fā)現(xiàn)，立馬就刷新了天文學(xué)家對(duì)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(lái)，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(guò)程中，至少有50個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的物質(zhì)被該恒星拋出了。隨著新的觀測(cè)結(jié)果出現(xiàn)，人們有時(shí)會(huì)想既然150倍太陽(yáng)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(méi)有統(tǒng)一的理論去聲明這一想法。有的人會(huì)說(shuō)太陽(yáng)質(zhì)量的300倍會(huì)是恒星質(zhì)量的上限，也有人說(shuō)太陽(yáng)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(ài)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(cè)到的，那些質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)150倍的恒星是特別的不穩(wěn)定，愛(ài)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(ài)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(huì)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(huì)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(ài)丁頓光度的單個(gè)值來(lái)測(cè)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(ài)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(guò)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(yáng)的方向，具體的表現(xiàn)就是彗星在靠近太陽(yáng)的時(shí)候，它的尾巴就會(huì)緊隨其后。在彗星最靠近太陽(yáng)，并且圍繞著太陽(yáng)進(jìn)行移動(dòng)，那么它的尾巴就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)現(xiàn)象，就是一前一后進(jìn)行來(lái)回的擺動(dòng)。最后當(dāng)彗星逐漸的離開了太陽(yáng)的時(shí)候，它的尾巴就會(huì)跑到它前面運(yùn)行。彗星尾被太陽(yáng)光照亮,有時(shí)能被人用肉眼看到,我國(guó)民間把這種現(xiàn)象稱為“掃帚星”。大約半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，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(dòng)量密度的關(guān)系式為T=cg其中T為動(dòng)量流密度張量，c為電磁波的傳播速度，g是動(dòng)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(dòng)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(dòng)量密度g和傳播速度c,因此，入射電磁波的動(dòng)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(guò)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(hào)改變。我們已知了，電磁波的傳播速度為c，所以經(jīng)過(guò)計(jì)算，平面電磁波的動(dòng)量在單位時(shí)間每秒鐘內(nèi)，通過(guò)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(dòng)量入射到該表面的面積等于1在這整個(gè)反射的過(guò)程中，電磁波的動(dòng)量不僅僅會(huì)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(huì)發(fā)生變化，所以電磁波動(dòng)量變化率會(huì)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(guò)動(dòng)量變化所提供出來(lái)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(yáng)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(yáng)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(duì)彗星尾的方向影響微乎其微，很顯然彗星的尾部依靠太陽(yáng)光的輻射壓強(qiáng)，被推向背離太陽(yáng)的方向是非常不現(xiàn)實(shí)的，所以經(jīng)過(guò)后續(xù)我們的發(fā)現(xiàn)，彗星尾部經(jīng)過(guò)太陽(yáng)風(fēng)的作用，被狠狠的推向背離太陽(yáng)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(yáng)帆飛船-利用太陽(yáng)光的輻射壓力加速飛船首先，讓我們了解太陽(yáng)帆宇宙飛船的過(guò)去和現(xiàn)在。其實(shí)太陽(yáng)帆宇宙飛船是，太陽(yáng)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(yáng)光的輻射壓力來(lái)提供動(dòng)力就可以翱翔于宇宙了，并不需要其他任何能源來(lái)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(yáng)帆飛船，這一概念，通過(guò)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希·明確提出一個(gè)想法，就是“可以運(yùn)用太陽(yáng)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(lái)獲得宇宙速度”這一想法。燦德?tīng)柛鶕?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(yáng)帆這一概念，這種太陽(yáng)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(yáng)帆最基本的條件就是運(yùn)用到這一材料。太陽(yáng)帆航天器的原理就是在太空中沒(méi)有空氣阻力，因此利用太陽(yáng)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(dòng)量，與之同時(shí)是它沒(méi)有靜態(tài)質(zhì)量。在光子撞擊到了光滑的太陽(yáng)帆表面去，它就會(huì)隨之改變運(yùn)動(dòng)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(lái)，網(wǎng)球會(huì)彈跳起來(lái)，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(huì)給擊中的物體帶來(lái)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(yáng)的距離上，在單位面積每平方米的太陽(yáng)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(guò)把太陽(yáng)帆建造的非常大，而且十分輕巧，目的就是為了讓經(jīng)過(guò)太陽(yáng)的輻射所產(chǎn)生的加速度達(dá)到最大的效果，該太陽(yáng)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(duì)這個(gè)推力會(huì)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(méi)有空氣對(duì)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(yáng)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(jiàn)，并且該速度將疊加。阿波羅號(hào)到達(dá)月球需要一個(gè)月，在太陽(yáng)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(hào)要到達(dá)火星，阿波羅號(hào)至少需要花費(fèi)好幾年的時(shí)間，如果是在太陽(yáng)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(duì)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(dòng)時(shí)，它暴露在太陽(yáng)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(yáng)光是一種較為常見(jiàn)的電磁波，它的輻射會(huì)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(yáng)對(duì)地球外層的人造衛(wèi)星的輻射壓力約為1.75×10對(duì)于地球的同步軌道衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，衛(wèi)星控制設(shè)計(jì)以及衛(wèi)星壽命預(yù)測(cè)等方面的三軸力矩基本為常數(shù)，這一數(shù)值對(duì)太陽(yáng)光的輻射壓力在衛(wèi)星上的問(wèn)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(cè)，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(duì)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(guò)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(duì)愛(ài)丁頓光度的推導(dǎo)與分析，通過(guò)粒子的碰撞理論，認(rèn)識(shí)到力的結(jié)果無(wú)非是單位時(shí)間單位面積動(dòng)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(yáng)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?yáng)風(fēng)。文章的開頭部分主要是通過(guò)一些公式認(rèn)識(shí)到場(chǎng)是一種特殊的“物質(zhì)”，將電磁場(chǎng)和電磁波分開進(jìn)行討論，得出電磁場(chǎng)的動(dòng)量密度，并對(duì)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(yáng)帆航天器的原理就是在太空中沒(méi)有空氣阻力，因此利用太陽(yáng)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(huì)對(duì)通信衛(wèi)星造成一定的影響，一般來(lái)說(shuō)輻射壓力數(shù)值很小，微乎其微，對(duì)一般的衛(wèi)星造不成什么影響，但是對(duì)于通信衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，需要精確的GPS定位，輻射壓力會(huì)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(lái)的影響，有利于衛(wèi)星長(zhǎng)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(guò)以上總結(jié)，本文主要對(duì)輻射壓力的一些簡(jiǎn)單計(jì)算和推導(dǎo)，針對(duì)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(méi)有創(chuàng)新，代入公式的數(shù)值都是幾年前觀測(cè)到的結(jié)果，沒(méi)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(yáng)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(méi)有考慮到成本，人力，物力方面的問(wèn)題，在實(shí)際操作方面可能較為困難，對(duì)目前輻射壓力在技術(shù)方面進(jìn)步?jīng)]有突破，這些問(wèn)題需要在未來(lái)更深一步的研究過(guò)程中進(jìn)一步改進(jìn)。參考文獻(xiàn)[1]郭碩鴻，電動(dòng)力學(xué)[M],北京，高等教育出版社，2008[2]趙長(zhǎng)海，《淺議電磁波的動(dòng)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(duì)三軸穩(wěn)定通信衛(wèi)星動(dòng)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)