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TUhjnbcbe - 2024/9/10 0:15:00

本文参加百家号科学#了不起的天文航天#系列征文

这是我们认为理所应该的事,正如玫瑰是红色的,行星自然是球形。事实就是这样的,不是么?毕竟,如果不是球形,我们构建太阳系模型时将面对更多挑战:不能使用小的泡沫球,我们不得不制作一大堆二十面体形状的行星模型。

图解:在这张由哈勃望远镜拍摄的土星照片中,你能看到一个土星环中间的凸起。

但,你有想过为什么行星是球形的么?为什么它们基本上都是球形,或者说为什么不是圆柱形、方形?

对此,我们应该直言不讳,实事求是。在太阳系中没有一个行星是标准的球体,包括太阳。它们的形状更倾向于描述为“扁球体”。具有这种形状的物体中间微微凸起。借天文学家PhilPlait的比喻:它们看起来就像是被人坐在上面的篮球。

从数据上讲,具有扁球形的行星的极地周长小于赤道周长。地球也是如此,假设你从北极到南极再返回北极,你总共走了英里(km)。另一方面,一个完整的环赤道游会更长有点。这是因为地球的赤道周长为英里(km)。即,当你站在赤道海平线上比在任何一个极地海平线离地球中心更远。

在其它一些行星中,它的凸起甚至更加明显,比如木星。地球的赤道只比极地间宽0.3%。但,木星的测量值显示了更大的差异。实际上,天文学家已经发现这个加大号行星的赤道比两极间足足宽了7%。

扁球体的形成主要有两个重要因素:引力和旋转。华盛顿州戈尔登代尔天文台主管TroyCarpenter,就在和我们通过邮件探讨了此事。他解释到,“任何有质量的物体都会受到引力作用,并且引力会在各个方向向内挤压物体”。

那是因为所有物体都受到自身引力,这是一种将原子拉向共同中心的力。随着物体的质量增加,它的自引力也会增加。在它超过一定质量之后,拉力过大导致自身坍塌并变成球形。小物品-比如香蕉或扳手-可以抵抗这种事件发生,因为它们的自引力较小,允许它们保持非球形。然而,在行星、太阳和其他真正巨大的物体中,引力是如此的强大以至于它们无法避免被扭曲成球状体。

“但引力并不是全部的原因,”Carpenter说道。当引力将行星变成球形时,它们的旋转速度同时试图压扁行星。当行星的旋转速度越快,它的隆起便会越不成比例。“这就是为什么我们的太阳系中没有标准的球体——只有扁球体,”Carpenter告诉我们。“太阳几乎是一个完美的球体,因为其巨大的引力和25天的相对较慢的旋转速度。宇宙中相当大比例的恒星旋转得更快,因此在赤道处有着更加明显的隆起。

图解:像图中的牵牛星一样,恒星的腹部也会隆起。

牛郎星就是这样一颗恒星。它距离地球只有16.8光年,是夜空中最明亮的天体之一。牵牛星的自转速度非常非常快,每10.4个地球小时就能绕其轴完成一次完整的自转。因此,天文学家估量牵牛星在赤道的宽度至少比两极之间的宽度大14%。转速也解释了木星的膨胀。毕竟,在这个气态巨星上,一天等于轻快的9.9个地球小时。

其它的力也作用于恒星和行星,改变它们的形状。虽然地球是一个扁球体,但它肯定不是一个标准的扁球体。太阳和月球的引力都在一定程度上影响着地球的形状。就此而言,地球自身的板块构造也受此影响。因此,地球各个部分的质量并不是均匀分布的-事实上,它是相当粗糙的、有起伏的。

尽管如此,它看起来还是比木星(和土星)圆得多。反过来,我们宇宙中的行星看起来比它们的一些卫星更加倾向于球形。例如,火星上有两颗小卫星,它们都没有被自引力挤压成扁球体。相反,它们的外形通常被描述为土豆形。

总的来说,我们可以这样描述地球:它可能不是完美的球体,但至少它面面俱到-扁球体。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3.science-NG-MARKMANCINI

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