為什麼行星幾乎都是球體?

2020-12-06 天文在線

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這是我們認為理所應該的事,正如玫瑰是紅色的,行星自然是球形。事實就是這樣的,不是麼?畢竟,如果不是球形,我們構建太陽系模型時將面對更多挑戰:不能使用小的泡沫球,我們不得不製作一大堆二十面體形狀的行星模型。

圖解: 在這張由哈勃望遠鏡拍攝的土星照片中,你能看到一個土星環中間的凸起。

但,你有想過為什麼行星是球形的麼?為什麼它們基本上都是球形,或者說為什麼不是圓柱形、方形?

對此,我們應該直言不諱,實事求是。在太陽系中沒有一個行星是標準的球體,包括太陽。它們的形狀更傾向於描述為「扁球體」。具有這種形狀的物體中間微微凸起。借天文學家Phil Plait的比喻:它們看起來就像是被人坐在上面的籃球。

從數據上講,具有扁球形的行星的極地周長小於赤道周長。地球也是如此,假設你從北極到南極再返回北極,你總共走了24812英裡(39931km)。另一方面,一個完整的環赤道遊會更長有點。這是因為地球的赤道周長為24900英裡(40070km)。即,當你站在赤道海平線上比在任何一個極地海平線離地球中心更遠。

在其它一些行星中,它的凸起甚至更加明顯,比如木星。地球的赤道只比極地間寬0.3%。但,木星的測量值顯示了更大的差異。實際上,天文學家已經發現這個加大號行星的赤道比兩極間足足寬了7%。

扁球體的形成主要有兩個重要因素:引力和旋轉。華盛頓州戈爾登代爾天文臺主管Troy Carpenter,就在和我們通過郵件探討了此事。他解釋到,「任何有質量的物體都會受到引力作用,並且引力會在各個方向向內擠壓物體」。

那是因為所有物體都受到自身引力,這是一種將原子拉向共同中心的力。隨著物體的質量增加,它的自引力也會增加。在它超過一定質量之後,拉力過大導致自身坍塌並變成球形。小物品 - 比如香蕉或扳手 - 可以抵抗這種事件發生,因為它們的自引力較小,允許它們保持非球形。然而,在行星、太陽和其他真正巨大的物體中,引力是如此的強大以至於它們無法避免被扭曲成球狀體。

「但引力並不是全部的原因,」 Carpenter說道。當引力將行星變成球形時,它們的旋轉速度同時試圖壓扁行星。當行星的旋轉速度越快,它的隆起便會越不成比例。「這就是為什麼我們的太陽系中沒有標準的球體——只有扁球體,」 Carpenter告訴我們。 「太陽幾乎是一個完美的球體,因為其巨大的引力和25天的相對較慢的旋轉速度。宇宙中相當大比例的恆星旋轉得更快,因此在赤道處有著更加明顯的隆起。

圖解:像圖中的牽牛星一樣,恆星的腹部也會隆起。

牛郎星就是這樣一顆恆星。它距離地球只有16.8光年,是夜空中最明亮的天體之一。牽牛星的自轉速度非常非常快,每10.4個地球小時就能繞其軸完成一次完整的自轉。因此,天文學家估量牽牛星在赤道的寬度至少比兩極之間的寬度大14%。轉速也解釋了木星的膨脹。畢竟,在這個氣態巨星上,一天等於輕快的9.9個地球小時。

其它的力也作用於恆星和行星,改變它們的形狀。雖然地球是一個扁球體,但它肯定不是一個標準的扁球體。太陽和月球的引力都在一定程度上影響著地球的形狀。就此而言,地球自身的板塊構造也受此影響。因此,地球各個部分的質量並不是均勻分布的 - 事實上,它是相當粗糙的、有起伏的。

儘管如此,它看起來還是比木星(和土星)圓得多。反過來,我們宇宙中的行星看起來比它們的一些衛星更加傾向於球形。例如,火星上有兩顆小衛星,它們都沒有被自引力擠壓成扁球體。相反,它們的外形通常被描述為土豆形。

總的來說,我們可以這樣描述地球:它可能不是完美的球體,但至少它面面俱到-扁球體。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3.science- NG-MARK MANCINI

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