Почему планеты круглые? Вся правда о космических формах

Глядя на фотографии планет Солнечной системы, легко заметить, что все они имеют сферическую форму. Это не случайность и не прихоть природы – за этим стоят фундаментальные законы физики. Давайте разберемся, почему массивные космические тела не могут быть кубическими, пирамидальными или любой другой причудливой формы.

Все дело в гравитации – самой слабой из фундаментальных сил, которая, тем не менее, становится определяющей, когда речь идет о больших массах. Когда достаточное количество вещества собирается в одном месте, гравитация начинает стремиться придать объекту максимально энергетически выгодную форму – сферическую.

планет
Схематическое изображение странного астероида в форме арахиса Итокава. Итокава — пример астероида-обломка, но определение его плотности показало, что он, скорее всего, является результатом слияния двух тел с разным составом. Ему не хватает необходимой массы/гравитации, чтобы принять круглую форму.

Однако не все космические тела являются круглыми. Существует четкая граница, после которой объект неизбежно принимает сферическую форму. Для тел, состоящих преимущественно изо льда, эта граница составляет около 200 километров в радиусе. Для каменистых объектов планка выше – примерно 400 километров. Все, что меньше этих размеров, может иметь самую разнообразную форму.

Яркий пример – астероид Итокава, напоминающий по форме арахис. Его масса составляет около 30 миллионов тонн, но этого недостаточно, чтобы гравитация придала ему сферическую форму. Такие небольшие тела представляют собой своеобразные “кучи щебня” – скопления различных пород и минералов, удерживаемых вместе слабым гравитационным притяжением.

планет
Этот выбор астероидов и комет, посещённых космическими аппаратами, охватывает много порядков величины по размеру, от субкилометровых тел до объектов со стороной более 100 км. Однако ни один из этих объектов не имеет достаточной массы, чтобы принять круглую форму. Гравитация может удерживать их вместе, но электромагнитные силы в первую очередь отвечают за их форму.

Но даже когда объект достигает размеров, достаточных для обретения сферической формы, это еще не значит, что он находится в состоянии гидростатического равновесия. Это более строгое условие, при котором форма тела определяется исключительно балансом между гравитацией и центробежной силой, возникающей при вращении.

Самым маленьким круглым телом в Солнечной системе является спутник Сатурна Мимас, радиус которого чуть меньше 200 километров. Однако он не находится в гидростатическом равновесии – об этом свидетельствует огромный кратер на его поверхности, занимающий треть диаметра спутника. А вот самым маленьким телом, достоверно находящимся в гидростатическом равновесии, является карликовая планета Церера с радиусом около 470 километров.

планет
Мимас, как показано здесь во время самого близкого пролета Кассини в 2010 году, имеет радиус всего 198 километров, но он довольно четко круглый из-за собственной гравитации. Состоящий в основном изо льда, он делает то, чего не могут более крупные астероиды Веста и Паллада: притягивает себя в сфероидальную форму. Однако, похоже, он не находится в гидростатическом равновесии, поскольку большой кратер, видимый здесь, Гершель, не должен сохранять свои нынешние свойства, если бы естественный спутник действительно был сформирован собственной гравитацией.

Интересно, что даже среди планет и крупных спутников идеально круглых тел практически нет. Быстрое вращение приводит к тому, что они становятся сплюснутыми у полюсов. Земля, например, имеет экваториальный радиус 6378 километров, а полярный – 6356 километров. У Сатурна эта разница еще заметнее – почти 6000 километров!

Самым близким к идеальной сфере объектом в Солнечной системе является… Солнце. При среднем радиусе 696 000 километров разница между его экваториальным и полярным радиусами составляет всего 5 километров. Это делает его сферичным с точностью 99,9993%!

планет
Сатурн, сфотографированный здесь Кассини во время равноденствия 2008 года, не совсем круглый (скорее сплющенный сфероид), но находится в гидростатическом равновесии. Благодаря своей низкой плотности и быстрому вращению Сатурн является самой сплющенной планетой в Солнечной системе, с экваториальным диаметром, который более чем на 10% больше полярного диаметра. Его цвета и «полосы» в значительной степени обусловлены различными атмосферными слоями, кажущимися доминирующими в видимом свете на разных широтах.

Таким образом, все космические тела можно разделить на три категории:

  1. Малые объекты (радиус менее 200 км), форма которых определяется случайными факторами формирования
  2. Промежуточные тела (радиус 200-800 км), которые могут быть круглыми, но не обязательно находятся в гидростатическом равновесии
  3. Крупные объекты (радиус более 800 км), форма которых определяется балансом гравитации и вращения
планет
На этом снимке Солнца, сделанном 20 апреля 2015 года, виден ряд особенностей, общих для всех звезд: магнитные петли, протуберанцы, плазменные нити и области более высоких и более низких температур. Однако медленно вращающееся Солнце является самой идеальной сферой в Солнечной системе, полярный и экваториальный диаметры которой идентичны с точностью 99,9993%.

Все планеты Солнечной системы относятся к третьей категории – их масса настолько велика, что гравитация неизбежно придает им форму, близкую к сферической. Это универсальное правило: если объект имеет массу более одной тысячной массы Земли, он обязательно будет находиться в гидростатическом равновесии.

Так что ответ на вопрос “Почему все планеты круглые?” прост: потому что они не могут быть другими. Законы физики неумолимы – при достаточно большой массе гравитация всегда будет стремиться придать космическому телу максимально симметричную форму, точно так же, как капли воды в невесомости принимают форму идеальных сфер.

Читайте также: Загадочные миры за пределами Солнца: как астрономы охотятся на экзопланеты и что они находят

mars 01
pechati 01
dyra 01
apofis 01
sputnik 01
Замерзший океан на Марсе: новые доказательства его существования 3,6 миллиарда лет назад
Замерзший океан на Марсе: новые доказательства его существования 3,6 миллиарда лет назад
5000-летние печати могли проложить путь к изобретению письменности (и рождению истории)
5000-летние печати могли проложить путь к изобретению письменности (и рождению истории)
Обнаружена черная дыра, растущая в 40 раз быстрее предела Эддингтона
Обнаружена черная дыра, растущая в 40 раз быстрее предела Эддингтона
Земля и Апофис: эпические “астероидотрясения” в 2029 году
Земля и Апофис: эпические “астероидотрясения” в 2029 году
Первый в мире деревянный спутник LignoSat успешно запущен в космос
Первый в мире деревянный спутник LignoSat успешно запущен в космос
previous arrow
next arrow

Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.

Поделиться

Добавить комментарий