Als we naar het zonnestelsel kijken, zien we objecten van alle soorten en maten, van kleine stofkorrels tot gigantische planeten en de zon. Een gemeenschappelijk kenmerk van deze objecten is dat grote objecten (min of meer) rond zijn en kleine objecten onregelmatig van vorm. Maar waarom?
Het antwoord op de vraag waarom grote objecten rond zijn, komt neer op de invloed van de zwaartekracht. De aantrekkingskracht van een object is altijd gericht op het middelpunt van zijn massa. Hoe groter het object, hoe massiever het is en hoe groter de zwaartekracht.
Voor vaste objecten is deze kracht tegengesteld aan de kracht van het object zelf. De neerwaartse kracht die je voelt als gevolg van de zwaartekracht van de aarde, trekt je bijvoorbeeld niet naar het middelpunt van de aarde. Dit komt omdat de grond je weer omhoog duwt - een kracht die te groot is om je er doorheen te laten vallen.
De kracht van de aarde heeft echter zijn grenzen. Stel je een enorme berg voor, zoals de Mount Everest, die groter en groter wordt naarmate de platen van de planeet met elkaar botsen. Naarmate de Everest hoger en hoger wordt, neemt haar gewicht zodanig toe dat ze begint door te zakken. Het extra gewicht zal de berg naar beneden duwen in de mantel van de aarde, waardoor de hoogte wordt beperkt.
Als de aarde volledig uit oceaan zou bestaan, zou de Everest eenvoudigweg naar het centrum van de aarde zinken (waarbij al het water waar het doorheen gaat wordt verplaatst). Alle gebieden waar water extreem overvloedig was, zouden onder invloed van de zwaartekracht van de aarde naar beneden zinken. Gebieden waar water uiterst schaars was, zouden zich vullen met water dat van elders werd geperst, waardoor de denkbeeldige aardoceaan een perfect bolvormige zou worden.
Maar het punt is dat de zwaartekracht eigenlijk verrassend zwak is. Een object moet erg groot zijn voordat het een voldoende sterke aantrekkingskracht kan uitoefenen om de sterkte van het materiaal waaruit het is gemaakt te overwinnen. Daarom hebben kleine vaste objecten (met een diameter van meters of kilometers) een te zwakke aantrekkingskracht om een bolvorm te krijgen.
Wanneer een object groot genoeg wordt dat de zwaartekracht wint - de kracht van het materiaal waaruit het is gemaakt overwint - zal het de neiging hebben om al het materiaal van het object in een bolvorm te trekken. Delen van het object die te hoog zijn, worden naar beneden getrokken, waardoor het materiaal eronder wordt verplaatst, waardoor te lage delen naar buiten worden geduwd.
Wanneer de bolvorm is bereikt, zeggen we dat het object zich in "hydrostatisch evenwicht" bevindt. Maar hoe krachtig moet het object zijn om een hydrostatisch evenwicht te bereiken? Het hangt ervan af waar het van gemaakt is. Een object dat alleen uit vloeibaar water bestaat, kan deze taak gemakkelijk aan, omdat het in feite geen kracht heeft - watermoleculen kunnen gemakkelijk worden verplaatst.
Ondertussen zou een object gemaakt van puur ijzer veel massiever moeten zijn om door zijn zwaartekracht de interne kracht van het ijzer te overwinnen. In het zonnestelsel is de drempeldiameter die nodig is om een ijzig object bolvormig te laten worden minstens 400 km, en voor objecten die voornamelijk uit sterker materiaal bestaan, is deze drempel nog groter. Saturnusmaan Mimas heeft een bolvorm en een diameter van 396 km. Momenteel is het het kleinste bij ons bekende object dat aan deze criteria kan voldoen.
Maar alles wordt ingewikkelder als je bedenkt dat alle objecten de neiging hebben om in de ruimte te roteren of te bewegen. Als een object roteert, ervaren locaties op de evenaar (het punt halverwege tussen de twee polen) iets minder zwaartekracht dan locaties in de buurt van de polen.
Als gevolg hiervan verschuift de perfect bolvorm die zou worden verwacht in hydrostatisch evenwicht naar wat bekend staat als een "afgeplatte sferoïde" - wanneer een object breder is aan de evenaar dan aan de polen, in het bijzonder, geldt dit voor onze aarde. Hoe sneller het object in de ruimte draait, hoe dramatischer dit effect. Saturnus, die minder dicht is dan water, draait elke tien en een half uur om zijn as (vergeleken met de langzamere 24-uurscyclus van de aarde). Als gevolg hiervan is het veel minder bolvormig dan de aarde. De equatoriale diameter van Saturnus is iets meer dan 120 km en de polaire diameter is iets meer dan 500 km. Dit is een verschil van bijna 108 km!
Sommige sterren zijn nog extremer. De heldere ster Altair is zo'n eigenaardigheid. Het roteert eens in de 9 uur of zo. Het is zo snel dat de equatoriale diameter 25% groter is dan de afstand tussen de polen!
Simpel gezegd, de reden dat grote astronomische objecten bolvormig (of bijna bolvormig) zijn, is omdat ze zo massief zijn dat hun zwaartekracht de sterkte van het materiaal waaruit ze zijn gemaakt, kan overwinnen.
Lees ook:
- Er is een nieuw type supernova ontdekt: het is een combinatie van een stervende ster en zijn metgezel
- Noch een ster, noch een planeet: wetenschappers hebben een vreemde bruine dwerg ontdekt in de Melkweg