Lorsque nous regardons le système solaire, nous voyons des objets de toutes tailles, des minuscules grains de poussière aux planètes géantes et au Soleil. Une caractéristique commune de ces objets est que les grands objets sont (plus ou moins) ronds et les petits objets sont de forme irrégulière. Mais pourquoi?
La réponse à la question de savoir pourquoi les gros objets sont ronds se résume à l'influence de la gravité. L'attraction gravitationnelle d'un objet est toujours dirigée vers le centre de sa masse. Plus l'objet est grand, plus il est massif et plus son attraction gravitationnelle est grande.
Pour les objets solides, cette force s'oppose à la force de l'objet lui-même. Par exemple, la force descendante que vous ressentez en raison de la gravité terrestre ne vous attire pas vers le centre de la Terre. C'est parce que le sol vous pousse vers le haut - une force trop grande pour vous permettre de tomber à travers.
Cependant, la puissance de la Terre a ses limites. Imaginez une immense montagne, telle que le mont Everest, qui devient de plus en plus grande à mesure que les plaques de la planète se heurtent. Au fur et à mesure que l'Everest monte, son poids augmente à tel point qu'elle commence à s'affaisser. Le poids supplémentaire poussera la montagne vers le bas dans le manteau terrestre, limitant sa hauteur.
Si la Terre était entièrement constituée d'océan, l'Everest coulerait simplement jusqu'au centre même de la Terre (déplacement de toute l'eau qu'il traverse). Toutes les zones où l'eau était extrêmement abondante s'effondreraient sous l'influence de la gravité terrestre. Les zones où l'eau était extrêmement rare se rempliraient d'eau expulsée d'ailleurs, faisant de l'imaginaire Terre-océan un océan parfaitement sphérique.
Mais le fait est que la gravité est en fait étonnamment faible. Un objet doit être très grand avant de pouvoir exercer une attraction gravitationnelle suffisamment forte pour vaincre la résistance du matériau dont il est fait. Par conséquent, les petits objets solides (mètres ou kilomètres de diamètre) ont une attraction gravitationnelle trop faible pour acquérir une forme sphérique.
Lorsqu'un objet devient suffisamment grand pour que la gravité l'emporte - surmonte la force du matériau dont il est fait - il aura tendance à tirer tout le matériau de l'objet en une forme sphérique. Les parties de l'objet qui sont trop hautes seront tirées vers le bas, déplaçant le matériau en dessous d'elles, provoquant l'expulsion des parties trop basses.
Lorsque la forme sphérique est atteinte, on dit que l'objet est en « équilibre hydrostatique ». Mais quelle doit être la puissance de l'objet pour atteindre l'équilibre hydrostatique ? Cela dépend de quoi il est fait. Un objet composé uniquement d'eau liquide peut facilement faire face à cette tâche, car il n'a, en fait, aucune force - les molécules d'eau sont facilement déplacées.
Pendant ce temps, un objet en fer pur devrait être beaucoup plus massif pour que sa gravité surmonte la force interne du fer. Dans le système solaire, le diamètre seuil nécessaire pour qu'un objet glacé devienne sphérique est d'au moins 400 km, et pour les objets constitués principalement de matériaux plus résistants, ce seuil est encore plus grand. Mimas, la lune de Saturne, a une forme sphérique et un diamètre de 396 km. Actuellement, c'est le plus petit objet que nous connaissions qui puisse répondre à ces critères.
Mais tout se complique si l'on se rappelle que tous les objets ont tendance à tourner ou à se déplacer dans l'espace. Si un objet tourne, les emplacements à son équateur (le point à mi-chemin entre les deux pôles) subissent une attraction gravitationnelle légèrement inférieure à celle des emplacements proches des pôles.
En conséquence, la forme parfaitement sphérique qui serait attendue en équilibre hydrostatique se transforme en ce que l'on appelle un "sphéroïde aplati" - lorsqu'un objet est plus large à l'équateur qu'aux pôles, en particulier, cela est vrai pour notre Terre. Plus l'objet tourne rapidement dans l'espace, plus cet effet est spectaculaire. Saturne, qui est moins dense que l'eau, tourne sur son axe toutes les dix heures et demie (par rapport au cycle de 24 heures plus lent de la Terre). De ce fait, elle est beaucoup moins sphérique que la Terre. Le diamètre équatorial de Saturne est d'un peu plus de 120 500 km et son diamètre polaire est d'un peu plus de 108 600 km. C'est une différence de près de 12 XNUMX km!
Certaines stars sont encore plus extrêmes. L'étoile brillante Altair est l'une de ces bizarreries. Il tourne une fois toutes les 9 heures environ. Il est si rapide que son diamètre équatorial est supérieur de 25 % à la distance entre les pôles !
En termes simples, la raison pour laquelle les grands objets astronomiques sont sphériques (ou presque sphériques) est qu'ils sont suffisamment massifs pour que leur attraction gravitationnelle puisse surmonter la résistance du matériau dont ils sont faits.
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