为什么行星几乎是球形的?

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在这张由哈勃拍摄的土星照片中,你可以看到这颗环状行星中间的凸起。NASA/ESA/STScI/莱斯特大学

这是我们认为理所当然的事情。玫瑰是红色的,而且行星是球形。事情就是这样,对吧?毕竟,如果我们不是用小泡沫球,而是用一大堆泡沫球,那么建造太阳能系统模型将更具挑战性icosahedron-shaped行星模型。

但你有没有想过为什么行星长这样?为什么它们基本上是球形的,而不是圆柱形或立方体的?

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我们应该以有话直说开始这次讨论。我们太阳系的行星都不是完美的球体,我们的也不是太阳。所有这些物体都可以更准确地描述为“扁球体”。这种形状的物体在中间稍微鼓起来。借类比天文学家菲尔·普莱特认为,它们看起来就像有人坐在上面的篮球。

更专业地说,在一个扁球体形状的天体中,极周长会比赤道周长小。所以在地球上,如果你要从北极到南极再回来,你要走一总计24,812英里(39,931公里)。另一方面,完整的绕赤道旅行会稍长一些。这是因为地球赤道的周长为24,900英里(400,070公里)。因此,当你站在赤道的海平面上时,你离地球中心的距离比你在任何一个极点都要远。

在其他一些行星上,这种隆起甚至更加明显。看看木星。地球在赤道处的宽度仅比两极之间的宽度宽0.3%。但木星的测量结果显示出了更大的差异。18新利最新登入事实上,天文学家已经发现这颗大行星是一个完整的宽7%在它的赤道,而不是两极之间。

扁圆形是两个主要因素的结果:重力和旋转。华盛顿州金德尔天文台(Goldendale Observatory)主任特洛伊·卡朋特(Troy Carpenter)最近在一封电子邮件中与我们讨论了这个问题。卡朋特解释说:“任何有质量的物体都会受到重力的影响,而重力会向各个方向挤压物体。”

这是因为所有物体都有自引力,一种将原子拉向共同中心的力。当一个物体的质量增加时,它自身的引力也会增加。当它超过一定质量后,引力就会变得太大,以至于物体会坍塌,变成球形。小物件——比如香蕉或扳手——可以抵抗这种命运,因为它们的自重力相对较弱,允许它们保持非球形。18新利最新登入然而,在行星、太阳和其他真正的大质量物体中,这种力是如此强大,以至于它们无法避免被扭曲成球状体。

“但引力并不是全部,”卡朋特说。虽然引力使行星呈现球形,但它们的旋转速度同时也试图使它们变平。天体旋转得越快,其赤道凸起就越不成比例。“这就是为什么在我们的太阳系里没有完美的球体……只有扁圆形,”卡朋特告诉我们。“太阳几乎是一个完美的球体,由于其巨大的引力和25天的相对较慢的自转速度。天空中有很大一部分恒星旋转得更快,在赤道处明显隆起。”

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像图中牛郎星这样的恒星,腹部也会凸起。
美国航天局/喷气推进实验室/加州理工学院/史蒂夫·金

牛郎星就是这样一颗恒星。它距离我们的母星只有16.8光年,是夜空中最亮的天体之一。牛郎星的自转速度也非常非常快,而且每隔一段时间就能绕着它的轴旋转一圈10.4地球小时。因此,天文学家估计,牵牛星在赤道处的宽度至少比它在两极之间的宽度宽14%。自转速度也解释了木星的隆起。毕竟,在这颗气体巨星上度过一天是很轻松的9.9地球小时长。

其他的力也作用在恒星和行星上,改变它们的形状。虽然地球是一个扁球体,但它确实并不完美。太阳和月球的引力都会在一定程度上影响行星的形状。就这一点而言,地球自身的板块构造也是如此。因此,我们地球的质量并不是均匀分布的——事实上,它是而波浪起伏的

不过,它看起来比木星圆得多。和土星).反过来,我们宇宙中的行星比它们的一些卫星看起来更像球形。以火星为例,它有两颗小卫星,但它们都没有被拉成扁圆形的自重力。相反,他们的外表经常被描述为土豆状

总之,我们要为我们的家园说这么多:它可能不是完美无缺的,但至少这个地方相当全面。

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