När vi tittar på solsystemet ser vi objekt av alla storlekar, från små dammkorn till jätteplaneter och solen. Gemensamt för dessa föremål är att stora föremål är (mer eller mindre) runda och små föremål har oregelbunden form. Men varför?
Svaret på frågan om varför stora föremål är runda beror på gravitationens inverkan. Gravitationsattraktionen hos ett föremål är alltid riktad mot mitten av dess massa. Ju större föremålet är, desto mer massivt är det och desto större är dess gravitationskraft.
För fasta föremål motverkar denna kraft kraften från själva föremålet. Till exempel, den nedåtgående kraften du känner på grund av jordens gravitation drar dig inte mot jordens mitt. Detta beror på att marken trycker dig uppåt - en kraft som är för stor för att du ska kunna falla igenom den.
Jordens makt har dock sina gränser. Föreställ dig ett enormt berg, som Mount Everest, som blir större och större när planetens plattor kolliderar med varandra. När Everest blir högre och högre ökar hennes vikt så mycket att hon börjar sjunka. Den extra vikten kommer att trycka ner berget i jordens mantel, vilket begränsar dess höjd.
Om jorden helt och hållet bestod av hav, skulle Everest helt enkelt sjunka ner till jordens centrum (förskjuta allt vatten den passerar genom). Alla områden där vatten var extremt rikligt skulle sjunka nedåt under påverkan av jordens gravitation. Områden där det var extremt ont om vatten skulle fyllas upp med vatten som pressats ut från andra håll, vilket gör det imaginära jordhavet till ett perfekt sfäriskt sådant.
Men grejen är att gravitationen faktiskt är förvånansvärt svag. Ett föremål måste vara mycket stort innan det kan utöva en tillräckligt stark gravitationskraft för att övervinna styrkan hos materialet det är gjort av. Därför har små fasta föremål (meter eller kilometer i diameter) för svag gravitationsattraktion för att få en sfärisk form.
När ett föremål blir tillräckligt stort för att gravitationen vinner – övervinner kraften i materialet det är gjort av – tenderar det att dra allt föremåls material till en sfärisk form. Delar av föremålet som är för höga kommer att dras ner, vilket förskjuter materialet under dem, vilket gör att delar som är för låga trycks ut.
När den sfäriska formen uppnåtts säger vi att föremålet är i "hydrostatisk jämvikt". Men hur kraftfullt måste syftet vara för att uppnå hydrostatisk jämvikt? Det beror på vad den är gjord av. Ett föremål som bara består av flytande vatten kan lätt klara av denna uppgift, eftersom det faktiskt inte har någon kraft - vattenmolekyler flyttas lätt.
Under tiden skulle ett föremål tillverkat av rent järn behöva vara mycket mer massivt för att dess gravitation ska övervinna järnets inre kraft. I solsystemet är tröskeldiametern som krävs för att ett isigt föremål ska bli sfäriskt minst 400 km, och för föremål som huvudsakligen består av starkare material är denna tröskel ännu större. Saturnus måne Mimas har en sfärisk form och en diameter på 396 km. För närvarande är det det minsta föremål vi känner till som kan uppfylla dessa kriterier.
Men allt blir mer komplicerat om man kommer ihåg att alla föremål har en tendens att rotera eller röra sig i rymden. Om ett föremål roterar upplever platser vid dess ekvator (punkten halvvägs mellan de två polerna) något mindre gravitationsdrag än platser nära polerna.
Som ett resultat skiftar den perfekt sfäriska formen som skulle förväntas i hydrostatisk jämvikt till vad som är känt som en "tillplattad sfäroid" - när ett föremål är bredare vid ekvatorn än vid polerna, i synnerhet gäller detta för vår jord. Ju snabbare föremålet roterar i rymden, desto mer dramatisk är denna effekt. Saturnus, som är mindre tät än vatten, roterar på sin axel var tionde och en halv timme (jämfört med jordens långsammare 24-timmarscykel). Som ett resultat är den mycket mindre sfärisk än jorden. Saturnus ekvatorialdiameter är drygt 120 500 km, och dess polära diameter är drygt 108 600 km. Det är en skillnad på nästan 12 tusen km!
Vissa stjärnor är ännu mer extrema. Den ljusa stjärnan Altair är en sådan märklighet. Den roterar en gång var 9:e timme eller så. Den är så snabb att dess ekvatorialdiameter är 25 % större än avståndet mellan polerna!
Enkelt uttryckt, anledningen till att stora astronomiska objekt är sfäriska (eller nästan sfäriska) är att de är tillräckligt massiva för att deras gravitationskraft kan övervinna styrkan hos materialet de är gjorda av.
Läs också:
- En ny typ av supernova har upptäckts: den är en kombination av en döende stjärna och dess följeslagare
- Varken en stjärna eller en planet: forskare har upptäckt en konstig brun dvärg i Vintergatan