為什麼宇宙中的天體都是一個球體？

2020-10-18 星辰大海種花家

球體是我們見到的天體的形狀，無論太陽還是月亮，在天空中的形狀都可以說是標準的球形，而且比較湊巧的是它們的視角幾乎就是一致的，因此得以讓我們看到了日全食！這帶來很多額外的彩蛋，比如能看到太陽的日冕層，在1919年還驗證了愛因斯坦的廣義相對論（引力彎曲光線）。

當然你如果有一具小型望遠鏡的話，還能看到彎月一般的金星，也能看到戰神火星，更能看到條紋狀的木星，也能欣賞到太陽系最美的草帽土星，經過種花家「個人天文臺」鑑定，天體確實都是球形的！

為什麼都是球體？

這是一個值得思考的問題，為什麼他們不是正方體？不是長方體，偏偏是球體！我們在溪流中能看到各種各樣的鵝卵石，大都呈橢球體，這是因為各種各樣的石頭在水流的搬運下相互碰撞，消磨了稜角逐漸趨向圓滑，但很無奈的是原先的石頭形狀不規則，因此最後形成的是一個橢球體，但天體的球體跟這個無關！

流體靜力平衡

理論上一個恆星類天體在只受到重力（指向質心）的影響下，它會在流體靜力平衡下呈顯一個完美的球形，但這可以解釋一個等離子體組成的恆星，但能解釋行星嗎？當然也能，因為組成行星的物質強度是有限的，因此在大尺度上會呈現流體特性，超過一定規模的的天體（約500千米）的天體以後就會形成一個大致的球體！

因此我們在宇宙中可以用小型望遠鏡能看到的天體，都是這種大尺度的球體！

有不是球體的天體嗎？

準確說宇宙中並沒有一個天體是完美的球體，他們只是接近球體不同程度的天體而已，為什麼會這樣呢？因為這是有天體誕生過程所決定的！

無論是恆星還是行星，最早都來自於星雲！而星雲物質向中心坍縮時走的都是測地線，因此星雲由此邊旋轉邊坍縮，最後中心誕生的恆星繼承了星雲的旋轉，這些恆星都是自轉的，只不過速度不一樣而！這就造成了一個非常有趣的結果：

  1. 恆星核聚變產生向外膨脹

  2. 引力產生的向內坍縮

  3. 恆星自轉形成的「離心力」

前兩者會影響恆星的大小，後者則會影響恆星球體的完美，比如太陽大約一個月左右自轉一圈，因此它高達140萬千米的球體上南北和赤道處的直徑之相差10千米，誤差大約是1/14萬，我們在數控工具機上加工一個完美球體，達到這個精度也是相當不容易的。

但織女星自轉周期是12.5小時，因此它的赤道比兩極大了約20%，這可是一個極端的案例，太陽系中自轉最快的木星也自嘆不如！木星的自轉周期是9小時50分30秒，是不是還是木星自轉速度更快？其實織女星直徑是太陽的3.2倍，這個角動量收縮到木星的話，估計成陀螺了！

跟恆星的完美流體靜力平衡不一樣，行星的表面是固體巖石等，因此它的形狀至少在表面看來是凹凸不平的，比如火星的奧林匹斯山有著太陽系最高的山著稱，高達20千米，當然跟火星6794千米的直徑來，這並不算什麼，但足夠說明從行星開始，天體的形狀已經開始不規則了！

更不規則的矮行星和小行星，矮行星超過了流體靜力平衡500千米直徑的要求，因此呈現球體還是大概率的，但並不是過了這個界限就是球體，而是會有個過程。而小行星就更不規則了，啥樣都有，比如小行星帶的那顆著名的行星內核-靈神星！

靈神星上的兩個隕石坑猶如兩隻眼睛

一種理論上極端的天體

蘇格蘭數學家麥克勞林曾經推導出一種奇怪的天體形狀，即天體在超高速自轉下形成一種甜甜圈形狀的天體，為什麼會形成環是因為自轉的「離心力」，環為什麼又會有直徑是因為引力坍縮！比較有趣的是曾經有部分人認為地球是扁平的，但也有極個別認為地球是一個甜甜圈形狀的，如下圖：

不得不佩服他們的想像力，當然不知道他們有沒有參考麥克勞林的模型，也許他們就搬運了那個思想，不過這地球甜甜圈這圖PS得挺好，但如果地球真的能形成地環，那麼我們也不可能生活在地環上，這個「離心力」將會讓大家從地環上甩出去，而且地環也將分崩離析！

天體是一個球體是一種趨勢，關鍵就是引力和熱膨脹與「離心力」相互作用的結果，當然如果附近有天體的話也必須考慮潮汐力！比如天體的洛希極限附近時

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