宇宙中的星球為何都是圓的?是什麼力量導致的?

天空之城 2022/08/19 檢舉 我要評論

在宇宙,有無數各種各樣的天體。奇怪的是,不論是恒星還是行星,再或者是一些衛星,都是球形的。很多人都問過我:為什麼這些星球都是球形的呢?到底是什麼力量導致的呢?

其實,星球呈球形的原理,和地球上的水流動的原理是一樣的。為什麼自然界的水都是從高往低流的?為什麼你不會在自然界看到江河湖海出現高低錯落的穩定形狀呢?答案很簡單,那就是它們受到了地心引力的作用,就會往地勢低的地方流動。

這里所說的「高」和「低」,其實都是相對的概念。地球是球形的,哪里有絕對的高和低呢?所謂的低,其實就是更靠近地球質心的位置,也就是離地心更近的地方。

水是如此,固體也一樣。別看巖石非常堅固,但是在天體尺度上看,它們同樣可以「流動」。比如山體滑坡、比如碎石墜落,其實都是固體的巖石以自己的方式「流動」。它們落在了地面上,和原本在山上相比,就更靠近地心了。

這是小規模的變化,還有大規模的變化,那就是地震。在地震發生時,會有更多山體發生破裂,更多的石頭落下來。類似的還有火山等地質活動,都能產生相同的效果。一兩次地質活動導致的變化和整個星球相比微不足道,但時間足夠長的話,就會讓一個天體越來越接近球形了。

有的時候,僅僅一次地質活動,就能產生比較明顯的效果。比如2011年日本的大地震,甚至讓地球自轉速度加快了1.8微秒!這就是因為地震導致地球更接近球形,自轉的力臂減小,角動量不變,所以角速度加快了。

這還是像地球這樣的固體星球,如果是木星、太陽這樣的氣體星球,由于「流動性」更大,表面也就更加「光滑」了。

但對于它們來說,還有另外一個情況。盡管流動性大讓它們更加光滑,但外形也更容易產生變化。雖然它們的局部像水一樣不會產生固體這種有棱有角的高低結構,但其整體還是可能出現變形的。

以木星為例,它是太陽系自轉速度最快的行星,只需要9小時55分30秒就能完成一次自轉。由于赤道最大,再加上氣體行星比較蓬松,所以木星的外形非常扁。其赤道半徑為71492公里,極半徑為66900千米,前者是后者的1.069倍。

土星和木星一樣,都是高速自轉的氣體行星。雖然自轉速度比木星慢一些(10時33分38秒),但土星密度比木星更低,所以也更扁。它的赤道半徑為60268公里,極半徑為54364公里,前者是后者的1.109倍。

土星的形狀夸張嗎?還有比它更夸張的天體。

在距離我們大約1800光年的位置上,有一顆名叫WASP-103b的系外行星。它也是一顆巨大的氣體行星,甚至比木星還大,質量是木星的1.5倍左右。

它還有一個特點,那就是距離宿主恒星WASP-103非常近,不到日地距離的2%(約300萬公里)。因此,它的表面溫度也相當驚人,達到了2508K。我們知道,氣體是會熱脹冷縮的,所以它比木星還要更加蓬松。再加上宿主恒星巨大的引力,它硬生生被拉成了橄欖球的形狀!

總而言之,宇宙天體的外形不僅和它自身的屬性有關,還要看它是否受到其他天體的影響。只不過大部分天體都距離其他天體比較遠,所以通常都是「自己說了算」的。

其實,即便是固體的,地球也會因為自轉呈現出橢球狀。地球的赤道半徑為6378.137公里,極半徑為6356.752公里,雖然沒有木星和土星那麼夸張,但還是非常接近正球體的。

別看地球表面有高山盆地,在咱們人類看來高低起伏,不過就算是最高的珠穆朗瑪峰(8848.86米)還是最深的馬里亞納海溝(11034米),跟12756公里的地球平均直徑相比都不值一提。如果地球有蘋果這麼大,珠峰的高度也就和蘋果皮差不多,約等于沒有。即便如此,我們也不能說地球是正球體。

照這麼看來,說宇宙天體也并非全都是球形的。

而且,只有質量比較大的天體,才有形成球形的基礎。如果質量比較小,引力也就非常微弱,是不足以形成球形的,我們不會看到路邊的一塊石頭在引力的作用下變成球形。

所以說,「一塊巖石」的質量能不能達到使其變成球形的程度,應該是有一個分界線的。這在天文學上有一個術語,叫「自身引力足以克服其剛體力而使天體呈圓球狀」或者是「達到流體靜力平衡形狀」。

在太陽系內,這也成為了區分天體的標準。任何達不到這個標準的天體,都被統一稱為小行星。達到這個標準的,則被稱為矮行星或者行星。像冥王星,就是達到了這個標準,但沒有達到下一個標準,所以被歸類為矮行星。

太陽系內最小的矮行星叫谷神星,直徑只有大約950公里,比它小的都是小行星。其實在剛被發現的時候,谷神星也一直被歸類為小行星,直到矮行星概念出現后,它才因為外形呈球體而晉級為矮行星的。

在太陽系中,也有比谷神星小的小行星也呈球體,比如智神星等。但是,由于小行星和矮行星之間沒有明確的數據上的界限,所以這些小行星能否晉級的問題一直懸而未決。

至于比它們更小的天體,外形就千奇百怪了,比如日本探測器采集樣本的小行星龍宮1993年被伽利略探測器近距離拜訪過的小行星Ida

更夸張的還有從其他恒星周圍穿越茫茫宇宙抵達太陽系的星際天體奧陌陌總之,宇宙中的天體并不是全都呈球形,甚至可以說沒有絕對的正球形天體。至于它們在表面上能不能達到接近球形的程度,就要看它的體型夠不夠大了。

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