Коли ми дивимося на Сонячну систему, ми бачимо об’єкти всіх розмірів – від крихітних зерняток пилу до гігантських планет і Сонця. Спільною рисою цих об’єктів є те, що великі об’єкти (більш-менш) круглі, а маленькі – неправильної форми. Але чому?
Відповідь на питання, чому великі предмети круглі, зводиться до впливу гравітації. Гравітаційне тяжіння об’єкта завжди направлено до центру його маси. Чим більше об’єкт, тим він масивніший і тим більше його гравітаційне тяжіння.
Для твердих об’єктів ця сила протистоїть силі самого об’єкта. Наприклад, сила, спрямована вниз, яку ви відчуваєте через земне тяжіння, не тягне вас до центру Землі. Це відбувається тому, що земля штовхає вас назад вгору – це дуже велика сила, яка не дозволить вам провалитися крізь неї.
Однак сила Землі має свої межі. Уявіть собі величезну гору, наприклад, Еверест, яка стає все більше і більше в міру того, як плити планети стикаються одна з одною. У міру того як Еверест стає все вище, її вага збільшується до такого ступеня, що вона починає просідати. Додаткова вага штовхатиме гору вниз, в мантію Землі, обмежуючи її висоту.
Якби Земля повністю складалася з океану, Еверест просто опустилася б вниз до самого центру Землі (витісняючи всю воду, через яку вона проходить). Будь-які ділянки, де води було б надзвичайно багато, опускалися б вниз під дією земного тяжіння. Області, де води було надзвичайно мало, заповнювалися б водою, витиснутою з інших місць, в результаті чого уявна Земля-океан стала б ідеально сферичною.
Але річ у тому, що гравітація насправді дивно слабка. Об’єкт повинен бути дуже великим, перш ніж він зможе надати досить сильного гравітаційного тяжіння, щоб подолати силу матеріалу, з якого він зроблений. Тому маленькі тверді об’єкти (метри або кілометри в діаметрі) мають занадто слабке гравітаційне тяжіння, щоб набути сферичної форми.
Коли об’єкт стає досить великим, щоб гравітація перемогла – подолала силу матеріалу, з якого він зроблений, – вона прагнутиме витягнути весь матеріал об’єкта у сферичну форму. Занадто високі частини об’єкта будуть тягнутися вниз, витісняючи матеріал під ними, в результаті чого занадто низькі частини будуть виштовхуватися назовні.
Коли куляста форма досягнута, ми говоримо, що об’єкт знаходиться в «гідростатичній рівновазі». Але наскільки потужним повинен бути об’єкт, щоб досягти гідростатичної рівноваги? Це залежить від того, з чого він зроблений. Об’єкт, що складається тільки з рідкої води, легко впорається з цим завданням, оскільки у нього, по суті, немає сили – молекули води легко переміщуються.
Тим часом об’єкт, зроблений з чистого заліза, повинен бути набагато масивніше, щоб його гравітація змогла подолати внутрішню силу заліза. У Сонячній системі пороговий діаметр, необхідний для того, щоб крижаний об’єкт став сферичним, становить не менше 400 км, а для об’єктів, що складаються переважно з міцнішого матеріалу, цей поріг ще більше. Місяць Сатурна Мімас має сферичну форму і діаметр 396 км. Нині це найменший з відомих нам об’єктів, який може відповідати цим критеріям.
Але все стає складніше, якщо згадати про те, що всі об’єкти мають тенденцію обертатися або переміщатися в просторі. Якщо об’єкт обертається, то локації на його екваторі (точка на півдорозі між двома полюсами) відчувають дещо менше гравітаційне тяжіння, ніж локації поблизу полюсів.
В результаті цього ідеально сферична форма, яку можна було б очікувати при гідростатичній рівновазі, зміщується до так званого «сплюснутого сфероїду» – коли об’єкт ширше на екваторі, ніж на полюсах, зокрема, це вірно для нашої Землі. Чим швидше обертається об’єкт в космосі, тим драматичніше цей ефект. Сатурн, щільність якого менше щільності води, обертається навколо своєї осі кожні десять з половиною годин (в порівнянні з повільнішим 24-годинним циклом Землі). В результаті він набагато менш сферичний, ніж Земля. Екваторіальний діаметр Сатурна становить трохи понад 120 500 км, а полярний діаметр – трохи понад 108 600 км. Це різниця майже в 12 тис. км!
Деякі зірки ще екстремальніші. Яскрава зірка Альтаїр є одним з таких дивацтв. Вона обертається раз на 9 годин або близько того. Це так швидко, що її екваторіальний діаметр на 25% більше, ніж відстань між полюсами!
Якщо відповісти просто, то причина, по якій великі астрономічні об’єкти мають сферичну (або майже сферичну) форму, полягає в тому, що вони досить масивні, щоб їх гравітаційне тяжіння могло подолати силу матеріалу, з якого вони зроблені.
Читайте також:
- Відкрито новий тип наднових: це комбінація зірки-мерця і її компаньйона
- Ні зірка, ні планета: вчені виявили дивний коричневий карлик у Чумацькому Шляху