Это то, что мы воспринимаем как должное. Розы красные, а планеты сферические. Просто так обстоят дела, верно? В конце концов, создание моделей солнечных систем было бы намного сложнее, если бы вместо использования маленьких пенопластовых шариков нам пришлось делать кучу моделей планет в форме икосаэдра.
Но задумывались ли вы когда-нибудь, почему планеты выглядят именно так? Почему они в основном сферические, а не, скажем, цилиндрические или кубические?
Мы должны начать эту дискуссию с того, что назовем вещи своими именами. Ни одна из планет в нашей Солнечной системе не является идеальной сферой, как, впрочем, и наше Солнце. Все эти тела можно было бы более точно описать как «сплюснутые сфероиды»." Объекты такой формы слегка выпячиваются посередине. Если взять аналогию у астронома Фила Плэйта, они выглядят как баскетбольный мяч, на котором кто-то сидит.
Выражаясь более технически, у небесного тела со сплюснутой сфероидальной формой полярная окружность будет меньше, чем экваториальная. Итак, здесь, на Земле, если бы вы путешествовали от Северного полюса к Южному и обратно, вы бы прошли в общей сложности 24 812 миль (39 931 км). С другой стороны, полное путешествие вокруг экватора будет немного дольше. Это потому, что окружность земного экватора составляет 24 900 миль (40 070 километров). Таким образом, когда вы стоите на уровне моря на экваторе, вы дальше от центра нашей планеты, чем на любом из полюсов.
На некоторых других планетах эта выпуклость выражена еще сильнее. Просто посмотрите на Юпитер. Земля на экваторе всего на 0,3% шире, чем от полюса до полюса. Но измерения Юпитера демонстрируют гораздо большее несоответствие. Действительно, астрономы обнаружили, что эта большая планета на целых 7 процентов шире на экваторе, чем между полюсами.
Сплюснутая сфероидальная форма является результатом действия двух основных факторов: гравитации и вращения. Трой Карпентер, директор обсерватории Голдендейл в штате Вашингтон, недавно обсуждал этот вопрос с нами в переписке по электронной почте. «Все, что имеет массу, испытывает гравитацию, и гравитация пытается раздавить объект во всех направлениях», - объясняет Карпентер.
Это потому, что все объекты испытывают гравитацию, силу, которая притягивает их атомы к общему центру. По мере увеличения массы объекта увеличивается и его гравитационное притяжение. После того, как он превысит определенную массу, притяжение становится непреодолимым до такой степени, что объект схлопывается сам в себя и становится сферическим. Маленькие предметы, такие как, скажем, банан или гаечный ключ, могут сопротивляться этой участи, потому что их собственная гравитация относительно слаба, что позволяет им сохранять несфероидальную форму. Однако в планетах, солнцах и других по-настоящему массивных телах сила настолько сильна, что они не могут избежать деформации в сфероиды.
«Но гравитация - это еще не все», - говорит Карпентер. В то время как гравитация стремится сделать планеты сферическими, скорость их вращения одновременно пытается сделать их плоскими. Чем быстрее вращается небесное тело, тем более непропорциональной становится его экваториальная выпуклость. «Вот почему в нашей Солнечной системе нет идеальных сфер, а есть только сплюснутые сфероиды», - говорит нам Карпентер. «Солнце представляет собой почти идеальную сферу из-за его огромной гравитации и относительно медленного вращения в 25 дней. Значительный процент звезд на небе вращается намного быстрее и заметно выпячивается на экваторе».
Одной из таких звезд является Альтаир. Расположенный всего в 16,8 световых годах от нашей родной планеты, он является одним из самых ярких объектов в ночном небе. Альтаир также примечателен тем, что вращается очень и очень быстро и совершает полный оборот вокруг своей оси каждые 10,4 земных часа. Соответственно, по оценкам астрономов, Альтаир как минимум на 14 процентов шире на экваторе, чем от полюса до полюса. Скорость вращения также объясняет выпуклость Юпитера. В конце концов, день на этом газовом гиганте длится 9,9 земных часа.
Другие силы также воздействуют на звезды и планеты, изменяя их форму. Хотя Земля представляет собой сплюснутый сфероид, он определенно не идеален. Гравитационное притяжение Солнца и Луны в определенной степени влияет на форму планеты. Если уж на то пошло, то же самое можно сказать и о собственной тектонике плит Земли. Следовательно, масса нашего родного мира распределена неравномерно - на самом деле, она довольно неровная.
Тем не менее, он выглядит намного круглее, чем Юпитер (и Сатурн). В свою очередь, планеты в нашей Вселенной кажутся более сферическими, чем некоторые из их спутников. У Марса, например, есть два маленьких спутника, ни один из которых не обладает собственной гравитацией, чтобы втянуться в сплюснутый сфероид. Вместо этого их внешний вид часто называют картофелеобразным.
В заключение скажем вот что о нашей родной планете: Может быть, она и не безупречна, но, по крайней мере, это место довольно хорошо округлено.
Интересно
В франшизе комиксов DC «Супермен» печально известный персонаж Бизарро происходит с небесного тела по имени Хтраэ. Планета, также известная как Bizarro World, имеет форму гигантского куба. По словам профессора физики и поклонника комиксов Джеймса Какалиоса, в реальной жизни такое место, как Хтраэ, должно быть крошечным. «[] Среднее расстояние от центра планеты Бизарро до одной из ее граней не может превышать 300 миль (483 километра), если она не деформируется в сферу», - пишет Какалиос в своей книге «Физика планеты». Супергерои». Для сравнения, штат Техас имеет длину более 770 миль (1239 километров) с востока на запад. При таком крошечном размере у Хтраэ не было бы достаточно гравитационного притяжения, чтобы поддерживать собственную атмосферу.
Часто задаваемые вопросы о сферических планетах
Почему все планеты имеют почти сферическую форму?
Гравитация одинаково притягивает внутрь планету со всех сторон, что придает ей сферическую форму.
Почему планеты сферические, а астероиды нет?
Планеты имеют большую массу, и поэтому все притягивается к их гравитационному центру, образуя при этом сферу. Астероиды, с другой стороны, малы и поэтому имеют очень слабые гравитационные силы.
Есть ли несферические планеты?
В 2022 году ученые обнаружили экзопланету WASP-103b в созвездии Геркулеса, имеющую форму мяча для регби. Считается, что такая форма обусловлена сильными приливными силами звезды-хозяина. В настоящее время это единственная известная несферическая планета или экзопланета.
Какие два фактора делают планеты примерно сферическими?
Радиальное гравитационное притяжение, которое равномерно притягивает объекты внутрь, и увеличение скорости вращения с течением времени - вот два фактора, которые делают планеты сферическими.