وقتی به منظومه شمسی نگاه می کنیم، اجرام در هر اندازه، از دانه های ریز غبار گرفته تا سیارات غول پیکر و خورشید را می بینیم. ویژگی مشترک این اجسام این است که اجسام بزرگ (کم و بیش) گرد و اجسام کوچک نامنظم هستند. اما چرا?
پاسخ به این سوال که چرا اجسام بزرگ گرد هستند به تاثیر گرانش برمی گردد. جاذبه گرانشی یک جسم همیشه به سمت مرکز جرم آن است. هر چه جسم بزرگتر باشد، جرم آن بیشتر است و کشش گرانشی آن بیشتر می شود.
برای اجسام جامد، این نیرو با نیروی خود جسم مخالف است. به عنوان مثال، نیروی رو به پایینی که در اثر گرانش زمین احساس می کنید، شما را به سمت مرکز زمین نمی کشد. این به این دلیل است که زمین شما را به سمت بالا می راند - نیرویی بسیار زیاد که به شما اجازه نمی دهد از طریق آن سقوط کنید.
با این حال، قدرت زمین محدودیت هایی دارد. تصور کنید یک کوه بزرگ مانند قله اورست که با برخورد صفحات سیاره با یکدیگر بزرگتر و بزرگتر می شود. هر چه اورست بالاتر و بالاتر می رود، وزن او به حدی افزایش می یابد که شروع به افتادن می کند. وزن اضافی کوه را به داخل گوشته زمین فرو می برد و ارتفاع آن را محدود می کند.
اگر زمین به طور کامل از اقیانوس تشکیل می شد، اورست به سادگی تا مرکز زمین فرو می رفت (همه آبی را که از آن عبور می کند جابجا می کرد). هر منطقه ای که در آن آب بسیار فراوان بود، تحت تأثیر گرانش زمین به سمت پایین فرو می رفت. مناطقی که آب بسیار کمیاب بود با آب فشرده شده از جاهای دیگر پر می‌شد و زمین-اقیانوس خیالی را تبدیل به یک اقیانوس کاملاً کروی می‌کرد.
اما نکته اینجاست که گرانش در واقع به طرز شگفت آوری ضعیف است. یک جسم قبل از اینکه بتواند کشش گرانشی کافی برای غلبه بر استحکام ماده ای که از آن ساخته شده باشد، باید بسیار بزرگ باشد. بنابراین، اجسام جامد کوچک (متر یا کیلومتر قطر) جاذبه گرانشی بسیار ضعیفی دارند که نمی‌توانند شکل کروی پیدا کنند.
وقتی یک جسم به اندازه‌ای بزرگ می‌شود که گرانش پیروز می‌شود – بر نیروی ماده‌ای که از آن ساخته شده است غلبه می‌کند – تمایل دارد تمام مواد جسم را به شکل کروی بکشد. قسمت‌هایی از جسم که خیلی بالا هستند به سمت پایین کشیده می‌شوند و مواد زیر آنها جابه‌جا می‌شوند و باعث می‌شوند قسمت‌هایی که خیلی پایین هستند به بیرون رانده شوند.
هنگامی که شکل کروی به دست آمد، می گوییم که جسم در "تعادل هیدرواستاتیک" است. اما جسم برای رسیدن به تعادل هیدرواستاتیکی چقدر باید قدرتمند باشد؟ بستگی به این دارد که از چه چیزی ساخته شده باشد. جسمی که فقط از آب مایع تشکیل شده است می تواند به راحتی با این کار کنار بیاید، زیرا در واقع هیچ نیرویی ندارد - مولکول های آب به راحتی حرکت می کنند.
در همین حال، یک جسم ساخته شده از آهن خالص برای غلبه گرانش بر نیروی درونی آهن، باید بسیار سنگین تر باشد. در منظومه شمسی، قطر آستانه لازم برای کروی شدن یک جسم یخی حداقل 400 کیلومتر است و برای اجسامی که عمدتاً از مواد قوی تر تشکیل شده اند، این آستانه حتی بیشتر است. قمر زحل میماس دارای شکل کروی و قطر 396 کیلومتر است. در حال حاضر، این کوچکترین شی شناخته شده برای ما است که می تواند این معیارها را برآورده کند.
اما همه چیز پیچیده تر می شود اگر به یاد داشته باشید که همه اشیا تمایل به چرخش یا حرکت در فضا دارند. اگر جسمی در حال چرخش باشد، مکان‌هایی در استوای آن (نقطه بین دو قطب) کشش گرانشی کمی کمتر از مکان‌های نزدیک به قطب را تجربه می‌کنند.
در نتیجه، شکل کاملاً کروی که در تعادل هیدرواستاتیکی انتظار می‌رود، به چیزی که به عنوان «کره‌ی مسطح» شناخته می‌شود، تغییر می‌کند - به ویژه زمانی که یک جسم در استوا پهن‌تر از قطب‌ها باشد، این برای زمین ما صادق است. هر چه جسم سریعتر در فضا بچرخد، این اثر چشمگیرتر است. زحل که چگالی کمتری نسبت به آب دارد، هر ده ساعت و نیم حول محور خود می چرخد (در مقایسه با چرخه 24 ساعته کندتر زمین). در نتیجه کروی بودن آن بسیار کمتر از زمین است. قطر استوایی زحل کمی بیش از 120 کیلومتر و قطر قطبی آن کمی بیش از 500 کیلومتر است. این اختلاف تقریباً 108 هزار کیلومتر است!
برخی از ستاره ها حتی افراطی تر هستند. ستاره درخشان Altair یکی از این موارد عجیب است. هر 9 ساعت یا بیشتر یک بار می چرخد. آنقدر سریع است که قطر استوایی آن 25 درصد بیشتر از فاصله بین قطب هاست!
به بیان ساده، دلیل کروی بودن (یا تقریباً کروی) اجرام نجومی بزرگ این است که به اندازه کافی عظیم هستند که کشش گرانشی آنها می تواند بر استحکام ماده ای که از آن ساخته شده اند غلبه کند.
همچنین بخوانید:
- نوع جدیدی از ابرنواختر کشف شده است: این ابرنواختر ترکیبی از یک ستاره در حال مرگ و همراه آن است
- نه ستاره و نه سیاره: دانشمندان یک کوتوله قهوه ای عجیب در کهکشان راه شیری کشف کرده اند.