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平时,大家对周围看到的很多事物都会认为是理所当然的事情,比如玫瑰花是红色的,行星是球形的。人们从来没有对诸如此类的事情产生过疑问,认为这或许应该就是它们本来的形式。
你或许应该静下心来思考这样的问题,为什么行星是现在看到的样子,为什么它们几乎都是圆形的,而不是圆柱形或者长方形?
土星环状行星中间的凸起我们应该直言不讳地对这些问题展开讨论。我们太阳系中的行星都不是完美的球体,它们都可以更准确地描述为“扁球体”。具有这种形状的物体在中间略微凸起。借用天文学家的比喻,它们看起来像是一颗被挤压的篮球。
从技术的角度分析,具有扁球形外形的天体,极周长小于赤道周长。在地球上,如果你从北极前往南极再回到北极,你总共会行走公里。而与此同时,你环绕赤道一圈的行程会比这个距离更长一些,将会达到公里。因此,当你站在赤道的海平面上时,你离地球的中心比你在任何一个极点都要远。
地球在其他的一些行星上,这个扁球形的特征加明显,比如说木星。地球在赤道上的宽度只比南北极之间的宽度多出0.3%,但木星上的这一测量结果比地球大出很多。根据以前天文学家测量所得的数据,木星赤道上的宽度比其两极之间的距离多出7%。
行星扁球体形状的外形取决于两个主要的因素:自引力和旋转。所有有质量的物体都会受到自引力的影响,自引力会试图从各个方向将物体向内挤压。
土星所有物体都会遭遇自引力,这是一种将原子拉向共同中心的力。随着物体质量的增加,它的自引力也会增加。当物体的质量超过某个值时,拉力会增加到使物体发生坍塌并导致其变成球形的程度。同样的模式下,质量小的物体就会摆脱这种厄运,因为它们的自重相对较小,支持它们保持非球形的外形。然而对诸如行星一类的巨大的物体,被扭曲成球状体是无法避免的结果。
但自引力并不是形成这种结果的唯一原因,行星的旋转速度会试图将它们变得扁平。行星旋转速度越快,其赤道处的凸起就越不成比例。这两点就是为什么太阳系中没有完美球形行星的原因,我们观察到的几乎都是扁球体。太阳可以说是一个完美的球体,虽然它有着巨大的重力,但它的旋转速度相对较慢(太阳自转周期为25天)。除太阳之外的其它恒星,旋转速度都相对较快,因此外形更趋于扁平。
太阳牛郎星(牵牛星,又名Altair),它距离地球只有16.8光年,是夜空中最亮的星星之一。牛郎星的旋转速度极快,每隔10.4小时就完成一次自转。据天文学家估计,牛郎星的赤道处宽度比它两极之间的距离至少多出14%。
还有一些其他的力量会作用于恒星和行星,从而改变它们的形状。比如我们的地球,它本身不是一个完美的球体,也是一个扁圆球体。太阳和月亮的引力在一定程度上影响着地球的形状。就这点而言,地球自身的板块构造也是如此。因此,地球的质量分布并不是均匀的,但它比木星(和土星)圆很多。
木星宇宙中的很多行星看起来比它们的卫星更像球形。火星有两颗小卫星,由于这两颗卫星的自引力很小,不至于将它们压成扁球体,因此它们的外形更像土豆。
总结:几乎所有的行星都不是完美的球形;它们看上去像被挤压的篮球(扁球形);行星之所以不是完美的球形,与它们的自引力和旋转有关;自引力越大,越容易被压缩;旋转速度越快,越容易呈现扁平;
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