Xem mã nguồn của Cơ chế Kelvin–Helmholtz

{{distinguish|Bất ổn định Kelvin–Helmholtz|Suy sụp hấp dẫn}}
{{Sự hình thành sao}}
Trong [[vật lý thiên văn]], '''cơ chế Kelvin–Helmholtz''' là một quá trình [[thiên văn học|thiên văn]] xảy ra khi bề mặt của một [[ngôi sao]] hay [[hành tinh]] nguội đi, khiến áp suất bên trong giảm và làm ngôi sao hay hành tinh đó co lại. Sự co này lại làm tăng áp suất và làm nóng lõi của thiên thể đó, sau đó cả quá trình này tiếp tục lặp lại. Hiện tượng này có thể thấy rõ trên [[sao Mộc]] và [[sao Thổ]] và những [[sao lùn nâu]] với nhiệt độ trung tâm không đủ cao để xảy ra [[phản ứng nhiệt hạch]]. Người ta ước tính sao Mộc nhận được nhiều nhiệt từ quá trình này hơn là từ Mặt Trời, nhưng sao Thổ thì có thể không. Hiện tượng này làm sao Mộc co khoảng hai centimet mỗi năm.<ref>{{chú thích sách | title = Giant Planets of Our Solar System: Atmospheres, Composition, and Structure | author = Patrick G. J. Irwin |series = Astronomy and Planetary Sciences | publisher = Springer-Verlag | year = 2003 | isbn = 978-3-540-00681-7 |issn= 2366-0082 | url = https://books.google.com/books?id=p8wCsJweUb0C&pg=PA63&dq=%22kelvin+helmholtz+mechanism%22}}</ref>

== Lịch sử ==
Cơ chế này được đề xuất lần đầu bởi [[William Thomson|Kelvin]] và [[Hermann von Helmholtz|Helmholtz]] vào cuối thế kỷ 19 để giải thích cho nguồn gốc năng lượng của [[mặt trời]]. Đến giữa thế kỷ thứ 19, [[bảo toàn năng lượng]] đã được chấp nhận rộng rãi, và một hệ quả của định luật này là mặt trời phải có một nguồn năng lượng nào đó để tiếp tục chiếu sáng. Do [[phản ứng hạt nhân]] chưa được biết đến lúc bấy giờ, lời lý giải chính cho nguồn năng lượng này là sự co hấp dẫn. Sử dụng cơ chế này, Helmholtz đã đưa ra tuổi xấp xỉ của Trái Đất là 20 triệu năm, phù hợp với các tính toán của Kelvin.<ref name="SA1908">{{chú thích web |author = Florian Cajori | title=The Age of the Sun and the Earth | website=[[Scientific American]] | date = ngày 12 tháng 9 năm 1908 | url=https://www.scientificamerican.com/article/the-age-of-the-sun-and-the-earth/ | access-date = ngày 25 tháng 3 năm 2020}}</ref><ref name="ohioAst">
{{chú thích web
| author = R. Pogge
| title = The Kelvin-Helmholtz Mechanism
| work = Lecture 12: As Long as the Sun Shines
| publisher = [[Đại học Tiểu bang Ohio]]
| date = ngày 15 tháng 1 năm 2006 | url = http://www.astronomy.ohio-state.edu/~pogge/Ast162/Unit2/sunshine.html
| access-date = ngày 24 tháng 3 năm 2020}}</ref>

Tuy nhiên, đến đầu thế kỷ 20, các bằng chứng địa chất và sinh học đã cho thấy [[tuổi của Trái Đất]] lên đến hàng trăm triệu hay hàng tỉ năm. Nguồn năng lượng thực sự của mặt trời vẫn là ẩn số đến tận thập niên 1930, khi [[Hans Bethe]] xây dựng trên những kết quả trước đó, kết luận nó là [[phản ứng nhiệt hạch]].<ref name="Bethe pp. 434–456">{{chú thích tạp chí | last=Bethe | first=H. A. | title=Energy Production in Stars | journal=Physical Review | publisher=American Physical Society (APS) | volume=55 | issue=5 | date = ngày 1 tháng 3 năm 1939 | issn=0031-899X | doi=10.1103/physrev.55.434 | pages=434–456}}</ref>

== Năng lượng sinh ra ==
{{further|Năng lượng ràng buộc hấp dẫn]]
Người ta từng coi [[thế năng hấp dẫn]] từ sự co của mặt trời có thể là nguồn cung cấp năng lượng cho nó. Để tính lượng năng lượng phát ra bởi mặt trời sử dụng cơ chế như vậy (giả sử [[khối lượng riêng]] là đồng nhất), ta coi nó là một hình cầu cấu thành từ những lớp đồng tâm giống củ hành. Thế năng hấp dẫn có thể được tính là tích phân trên tất cả lớp vỏ từ tâm đến bề mặt quả cầu.

Thế năng [[Tương tác hấp dẫn|trọng trường]] trong [[cơ học Newton]] được định nghĩa là:<ref name=Carroll>{{chú thích sách |last1=Carroll |first1=Bradley W. |last2=Ostlie |first2=Dale A. |title=An Introduction to Modern Astrophysics (2nd Ed.)|pages=296–298 |publisher=Pearson Addison Wesley |date=2007 |ISBN=0-8053-0402-9 |url=http://www.aw-bc.com/astrophysics |archiveurl=https://web.archive.org/web/20151222105230/http://www.aw-bc.com/astrophysics/ |archive-date = ngày 22 tháng 12 năm 2015}}</ref>

:<math>U = -\frac{Gm_1m_2}{r},</math>

trong đó {{mvar|G}} là [[hằng số hấp dẫn]]. Ta xét {{math|''m''<sub>1</sub>}} và {{math|''m''<sub>2</sub>}} lần lượt là khối lượng ngôi sao nằm trong bán kính {{mvar|r}} và khối lượng của một lớp có độ dày {{mvar|dr}}. Khi lấy tích phân của {{mvar|r}} chạy từ 0 đến bán kính của khối cầu, ta được:<ref name=Carroll/>

:<math>U = -G\int_0^R {\frac{(4\pi r^2\rho)(\tfrac{4}{3}\pi r^{3}\rho)}{r}} dr = -\frac{16}{3}G\pi^2 \rho^2 \int_0^R {r^4} dr = -\frac{16}{15}G{\pi}^2{\rho}^2 R^5,</math>

trong đó {{mvar|R}} là bán kính của quả cầu, {{mvar|ρ}} là khối lượng riêng của ngôi sao. Viết lại biểu thức cuối theo khối lượng của quả cầu cho ta thế năng hấp dẫn là:<ref name=Carroll/>

:<math>U = -\frac{3GM^2}{5R}.</math>

Mặc dù ngôi sao thực sự không đồng nhất, ta có thể ước tính đại khái tuổi của mặt trời bằng cách sử dụng những giá trị đã biết cho [[Khối lượng mặt trời|khối lượng]] và [[bán kính mặt trời]], sau đó chia cho [[độ sáng mặt trời]] (chỉ là xấp xỉ do năng lượng phát ra từ Mặt Trời thay đổi theo thời gian). Từ đó ta có thể xấp xỉ tuổi của mặt trời là:<ref name="Carroll" />

:<math>\frac{U_\text{r}}{L_\odot} \approx \frac{1.1 \times 10^{41}~\text{J}}{3.9 \times 10^{26}~\text{W}} \approx 8\,900\,000~ \text{n}\breve{\text{a}}\text{m},</math>

trong đó {{math|''L''<sub>☉</sub>}} là [[Độ sáng của Mặt Trời|độ sáng của mặt trời]]. Tuy cơ chế này tạo ra nhiều năng lượng hơn đa số các quá trình khác, bao gồm [[năng lượng hóa học]], giá trị này vẫn không đủ để giải thích cho những bằng chứng địa chất rằng Trái Đất có tuổi đời hàng tỉ năm. Cuối cùng các nhà khoa học mới biết [[phản ứng nhiệt hạch|năng lượng nhiệt hạt nhân]] đã giúp các ngôi sao phát sáng và tồn tại trong một khoảng thời gian dài.<ref name="ohioAst"/>

==Tham khảo==
{{tham khảo}}

{{Sao}}

{{DEFAULTSORT:Kelvin-Helmholtz Mechanism}}
[[Thể loại:Vật lý thiên văn]]
[[Thể loại:Tiến hóa sao]]
[[Thể loại:Tác dụng của lực hấp dẫn]]