Ha a Naprendszert nézzük, mindenféle méretű objektumot látunk, az apró porszemektől az óriásbolygókig és a Napig. Ezeknek a tárgyaknak közös jellemzője, hogy a nagy tárgyak (többé-kevésbé) kerekek, a kis tárgyak pedig szabálytalan alakúak. De miért?
A válasz arra a kérdésre, hogy miért kerekek a nagy tárgyak, a gravitáció hatására jön le. Egy tárgy gravitációs vonzása mindig a tömegközéppont felé irányul. Minél nagyobb az objektum, annál nagyobb tömegű, és annál nagyobb a gravitációs vonzása.
Szilárd tárgyak esetében ez az erő ellentétes magának a tárgynak az erejével. Például a Föld gravitációja miatt érzett lefelé irányuló erő nem húz a Föld közepe felé. Ez azért van, mert a talaj visszanyomja Önt – túl nagy erő ahhoz, hogy átessen rajta.
A Föld erejének azonban megvannak a határai. Képzeljünk el egy hatalmas hegyet, például a Mount Everestet, amely egyre nagyobb és nagyobb lesz, ahogy a bolygó lemezei egymásnak ütköznek. Ahogy az Everest egyre magasabbra emelkedik, súlya olyan mértékben növekszik, hogy ereszkedni kezd. A további súly a hegyet lenyomja a Föld köpenyébe, korlátozva a magasságát.
Ha a Föld teljes egészében óceánból állna, az Everest egyszerűen lesüllyedne a Föld középpontjába (kiszorítaná az összes vizet, amelyen áthalad). Minden olyan terület, ahol rendkívül bőséges volt a víz, lesüllyed a Föld gravitációja hatására. Azok a területek, ahol rendkívül szűkös volt a víz, megtelnek máshonnan kinyomott vízzel, így a képzeletbeli Föld-óceán tökéletesen gömbölyűvé válik.
De a helyzet az, hogy a gravitáció valójában meglepően gyenge. Egy tárgynak nagyon nagynak kell lennie ahhoz, hogy elég erős gravitációs erőt fejtsen ki ahhoz, hogy legyőzze az anyag szilárdságát, amelyből készült. Ezért a kis szilárd tárgyak (méteres vagy kilométeres átmérőjű) túl gyenge gravitációs vonzással rendelkeznek ahhoz, hogy gömb alakúak legyenek.
Amikor egy tárgy elég nagy lesz ahhoz, hogy a gravitáció győzedelmeskedjen – legyőzi az anyag erejét, amelyből készült –, akkor hajlamos lesz a tárgy összes anyagát gömb alakúra húzni. A tárgy túl magas részei lehúzódnak, elmozdítva az alattuk lévő anyagot, aminek következtében a túl alacsonyan lévő részek kiszorulnak.
Amikor a gömb alakot elérjük, azt mondjuk, hogy az objektum "hidrosztatikus egyensúlyban" van. De milyen erősnek kell lennie a tárgynak a hidrosztatikai egyensúly eléréséhez? Attól függ, hogy miből készült. Egy csak folyékony vízből álló tárgy könnyen megbirkózik ezzel a feladattal, mivel valójában nincs erő – a vízmolekulák könnyen mozgathatók.
Eközben egy tiszta vasból készült tárgynak sokkal masszívabbnak kell lennie ahhoz, hogy gravitációja legyőzze a vas belső erejét. A Naprendszerben a jeges tárgy gömb alakúvá válásához szükséges küszöbátmérő legalább 400 km, a főként erősebb anyagból álló tárgyaknál pedig még ennél is nagyobb. A Szaturnusz Mimas holdja gömb alakú és 396 km átmérőjű. Jelenleg ez az általunk ismert legkisebb objektum, amely megfelel ezeknek a kritériumoknak.
De minden bonyolultabbá válik, ha eszébe jut, hogy minden objektum hajlamos forogni vagy mozogni a térben. Ha egy tárgy forog, az egyenlítőjénél (a két pólus közötti pontnál) valamivel kisebb a gravitációs húzás, mint a pólusok közelében lévő helyek.
Ennek eredményeként a hidrosztatikus egyensúlyban elvárható tökéletesen gömbalak az úgynevezett "lapított gömb"-be tolódik el – amikor egy objektum szélesebb az egyenlítőnél, mint a sarkoknál, ez különösen igaz Földünkre. Minél gyorsabban forog az objektum a térben, annál drámaibb ez a hatás. A Szaturnusz, amely kevésbé sűrű, mint a víz, tíz és fél óránként forog a tengelye körül (a Föld lassabb, 24 órás ciklusához képest). Ennek eredményeként sokkal kevésbé gömbölyű, mint a Föld. A Szaturnusz egyenlítői átmérője valamivel több, mint 120 500 km, poláris átmérője pedig valamivel több, mint 108 600 km. Ez közel 12 ezer km különbség!
Egyes sztárok még szélsőségesebbek. Az Altair fényes csillag az egyik ilyen furcsaság. 9 óránként egyszer fordul meg. Olyan gyors, hogy egyenlítői átmérője 25%-kal nagyobb, mint a pólusok távolsága!
Egyszerűen fogalmazva, az oka annak, hogy a nagy csillagászati objektumok gömb alakúak (vagy csaknem gömb alakúak), mert elég masszívak ahhoz, hogy gravitációs erejük legyőzze az anyag szilárdságát, amelyből készültek.
Olvassa el még:
- Új típusú szupernóvát fedeztek fel: egy haldokló csillag és kísérője kombinációja
- Sem csillag, sem bolygó: a tudósok egy furcsa barna törpét fedeztek fel a Tejútrendszerben