在宇宙,有無(wú)數(shù)各種各樣的天體。奇怪的是,不論是恒星還是行星,再或者是一些衛(wèi)星,都是球形的。很多人都問(wèn)過(guò)我:為什么這些星球都是球形的呢?到底是什么力量導(dǎo)致的呢?
其實(shí),星球呈球形的原理,和地球上的水流動(dòng)的原理是一樣的。為什么自然界的水都是從高往低流的?為什么你不會(huì)在自然界看到江河湖海出現(xiàn)高低錯(cuò)落的穩(wěn)定形狀呢?答案很簡(jiǎn)單,那就是它們受到了地心引力的作用,就會(huì)往地勢(shì)低的地方流動(dòng)。
這里所說(shuō)的”高”和”低”,其實(shí)都是相對(duì)的概念。地球是球形的,哪里有絕對(duì)的高和低呢?所謂的低,其實(shí)就是更靠近地球質(zhì)心的位置,也就是離地心更近的地方。
水是如此,固體也一樣。別看巖石非常堅(jiān)固,但是在天體尺度上看,它們同樣可以“流動(dòng)”。比如山體滑坡、比如碎石墜落,其實(shí)都是固體的巖石以自己的方式“流動(dòng)”。它們落在了地面上,和原本在山上相比,就更靠近地心了。
這是小規(guī)模的變化,還有大規(guī)模的變化,那就是地震。在地震發(fā)生時(shí),會(huì)有更多山體發(fā)生破裂,更多的石頭落下來(lái)。類似的還有火山等地質(zhì)活動(dòng),都能產(chǎn)生相同的效果。一兩次地質(zhì)活動(dòng)導(dǎo)致的變化和整個(gè)星球相比微不足道,但時(shí)間足夠長(zhǎng)的話,就會(huì)讓一個(gè)天體越來(lái)越接近球形了。
有的時(shí)候,僅僅一次地質(zhì)活動(dòng),就能產(chǎn)生比較明顯的效果。比如2011年日本的大地震,甚至讓地球自轉(zhuǎn)速度加快了1.8微秒!這就是因?yàn)榈卣饘?dǎo)致地球更接近球形,自轉(zhuǎn)的力臂減小,角動(dòng)量不變,所以角速度加快了。
這還是像地球這樣的固體星球,如果是木星、太陽(yáng)這樣的氣體星球,由于“流動(dòng)性”更大,表面也就更加“光滑”了。
但對(duì)于它們來(lái)說(shuō),還有另外一個(gè)情況。盡管流動(dòng)性大讓它們更加光滑,但外形也更容易產(chǎn)生變化。雖然它們的局部像水一樣不會(huì)產(chǎn)生固體這種有棱有角的高低結(jié)構(gòu),但其整體還是可能出現(xiàn)變形的。
以木星為例,它是太陽(yáng)系自轉(zhuǎn)速度最快的行星,只需要9小時(shí)55分30秒就能完成一次自轉(zhuǎn)。由于赤道最大,再加上氣體行星比較蓬松,所以木星的外形非常扁。其赤道半徑為71492公里,極半徑為66900千米,前者是后者的1.069倍。
土星和木星一樣,都是高速自轉(zhuǎn)的氣體行星。雖然自轉(zhuǎn)速度比木星慢一些(10時(shí)33分38秒),但土星密度比木星更低,所以也更扁。它的赤道半徑為60268公里,極半徑為54364公里,前者是后者的1.109倍。
土星的形狀夸張嗎?還有比它更夸張的天體。
在距離我們大約1800光年的位置上,有一顆名叫WASP-103b的系外行星。它也是一顆巨大的氣體行星,甚至比木星還大,質(zhì)量是木星的1.5倍左右。
它還有一個(gè)特點(diǎn),那就是距離宿主恒星WASP-103非常近,不到日地距離的2%(約300萬(wàn)公里)。因此,它的表面溫度也相當(dāng)驚人,達(dá)到了2508K。我們知道,氣體是會(huì)熱脹冷縮的,所以它比木星還要更加蓬松。再加上宿主恒星巨大的引力,它硬生生被拉成了橄欖球的形狀!
總而言之,宇宙天體的外形不僅和它自身的屬性有關(guān),還要看它是否受到其他天體的影響。只不過(guò)大部分天體都距離其他天體比較遠(yuǎn),所以通常都是“自己說(shuō)了算”的。
其實(shí),即便是固體的,地球也會(huì)因?yàn)樽赞D(zhuǎn)呈現(xiàn)出橢球狀。地球的赤道半徑為6378.137公里,極半徑為6356.752公里,雖然沒有木星和土星那么夸張,但還是非常接近正球體的。
別看地球表面有高山盆地,在咱們?nèi)祟惪磥?lái)高低起伏,不過(guò)就算是最高的珠穆朗瑪峰(8848.86米)還是最深的馬里亞納海溝(11034米),跟12756公里的地球平均直徑相比都不值一提。如果地球有蘋果這么大,珠峰的高度也就和蘋果皮差不多,約等于沒有。即便如此,我們也不能說(shuō)地球是正球體。
照這么看來(lái),說(shuō)宇宙天體也并非全都是球形的。
而且,只有質(zhì)量比較大的天體,才有形成球形的基礎(chǔ)。如果質(zhì)量比較小,引力也就非常微弱,是不足以形成球形的,我們不會(huì)看到路邊的一塊石頭在引力的作用下變成球形。
所以說(shuō),“一塊巖石”的質(zhì)量能不能達(dá)到使其變成球形的程度,應(yīng)該是有一個(gè)分界線的。這在天文學(xué)上有一個(gè)術(shù)語(yǔ),叫“自身引力足以克服其剛體力而使天體呈圓球狀”或者是“達(dá)到流體靜力平衡形狀”。
在太陽(yáng)系內(nèi),這也成為了區(qū)分天體的標(biāo)準(zhǔn)。任何達(dá)不到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的天體,都被統(tǒng)一稱為小行星。達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的,則被稱為矮行星或者行星。像冥王星,就是達(dá)到了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn),但沒有達(dá)到下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),所以被歸類為矮行星。
太陽(yáng)系內(nèi)最小的矮行星叫谷神星,直徑只有大約950公里,比它小的都是小行星。其實(shí)在剛被發(fā)現(xiàn)的時(shí)候,谷神星也一直被歸類為小行星,直到矮行星概念出現(xiàn)后,它才因?yàn)橥庑纬是蝮w而晉級(jí)為矮行星的。
在太陽(yáng)系中,也有比谷神星小的小行星也呈球體,比如智神星等。但是,由于小行星和矮行星之間沒有明確的數(shù)據(jù)上的界限,所以這些小行星能否晉級(jí)的問(wèn)題一直懸而未決。
至于比它們更小的天體,外形就千奇百怪了,比如日本探測(cè)器采集樣本的小行星龍宮
1993年被伽利略探測(cè)器近距離拜訪過(guò)的小行星Ida
更夸張的還有從其他恒星周圍穿越茫茫宇宙抵達(dá)太陽(yáng)系的星際天體奧陌陌
總之,宇宙中的天體并不是全都呈球形,甚至可以說(shuō)沒有絕對(duì)的正球形天體。至于它們?cè)诒砻嫔夏懿荒苓_(dá)到接近球形的程度,就要看它的體型夠不夠大了。