Atunci când privim Sistemul Solar vedem obiecte de toate mărimile, de la mici boabe de praf, până la sateliţi, planete uriașe și Soare.
O caracteristică a acestor obiecte este că cele mari sunt (mai mult sau mai puțin) sferice, în timp ce cele mici sunt neregulate. De ce?
O varietate de corpuri mici ale Sistemului Solar, la scară. Obiectele mai mari sunt sferice, dar cele mici sunt neregulate. Credit: Wikipedia / Antonio Ciccolella
Răspunsul la întrebarea de ce obiectele mai mari sunt rotunde se reduce la influența gravitației.
Atracţia gravitațională a unui obiect este îndreptată întotdeauna spre centrul masei sale. Cu cât obiectul este mai mare, cu atât este mai masiv și cu atât este mai mare atracția sa gravitațională.
Pentru obiectele solide, acelei forțe i se opune forța obiectului în sine. De exemplu, forța descendentă cauzată de gravitația Pământului nu ne trage în centrul Pământului. Asta pentru că Pământul ne susţine, fiind suficient de rezistent încât să nu ne lase să ne scufundăm prin el.
Cu toate acestea, Pământul are limitele sale. Gândiți-vă la un munte impunător, precum Muntele Everest, care devine din ce în ce mai mare pe măsură ce plăcile tectonice ale planetei interacţionează între ele.
Pe măsură ce Muntele Everest devine mai înalt, greutatea sa crește până când începe să se scufunde. Greutatea suplimentară va împinge muntele în jos în mantaua Pământului, limitând înălţimea sa maximă.
Cât de înalt poate ajunge un munte pe Pământ?
Dacă Pământul ar fi în întregime un ocean, Muntele Everest s-ar scufunda până în centrul Pământului, deplasând orice apă prin care ar trece. Orice zonă în care nivelul apei ar fi neobișnuit de înalt s-ar scufunda, trasă de gravitația Pământului, în timp ce orice zonă în care nivelul apei ar fi neobișnuit de scăzut ar fi umplută de apa strămutată din alte părți, rezultatul fiind că acest Pământ imaginar, sub formă de ocean, ar deveni perfect sferic.
Gravitația este de fapt surprinzător de slabă. Un obiect trebuie să fie foarte mare înainte de a putea exercita o atracție gravitațională suficient de puternică pentru a depăși rezistenţa materialului din care este făcut. Obiectele solide mai mici (de ordinul metrilor sau kilometrilor în diametru) au, prin urmare, atracții gravitaționale care sunt prea slabe pentru a le imprima o formă sferică.
Atunci când un obiect este suficient de mare, gravitaţia câștigă. Ea depăşeşte rezistența materiei din care este făcut obiectul şi va avea tendinţa să atragă toată materia obiectu lui într-o formă sferică. Atunci când se atinge acea formă sferică, spunem că obiectul se află în „echilibru hidrostatic”.
Cât de masiv trebuie să fie un obiect pentru a atinge echilibrul hidrostatic? Aceasta depinde din ce este făcut.
Un obiect format doar din apă lichidă ar atinge echilibrul hidrostatic foarte ușor, deoarece în acest caz moleculele apei se mișcă destul de ușor fără a întâmpina nicio rezistență.
În schimb, un obiect din fier pur ar trebui să fie mult mai masiv pentru ca gravitaţia sa să depășească rezistența inerentă a fierului. În Sistemul Solar, diametrul necesar pentru ca un obiect înghețat să devină sferic este de cel puțin 400 de kilometri, iar pentru obiectele dintr-un material mai rezistent, diametrul necesar este chiar mai mare.
Mimas, satelit al lui Saturn, este sferic și are un diametru de 396 km. În prezent, este cel mai mic obiect cunoscut care îndeplineşte această condiţie.
Mimas, satelit al lui Saturn, observat de sonda spațială Cassini este suficient de mare pentru ca gravitația să-i imprime o formă sferică. Marele crater Herschel, care face ca Mimas să arate ca Steaua Morții, este cicatricea unui impact atât de mare încât aproape a distrus Mimas!
Credit: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute
Lucrurile devin mai complicate atunci când vă gândiți la faptul că toate obiectele tind să se rotească sau să cadă prin spațiu. Dacă un obiect se rotește, în zonele de la ecuator (la jumătatea distanței dintre cei doi poli) se exercită o atracție gravitațională ușor redusă comparativ cu zonele din apropierea polilor.
Rezultatul acestui lucru este că forma perfect sferică la care v-ați aștepta în echilibrul hidrostatic este înlocuită cu ceea ce numim „sferoid oblat” în care obiectul este mai mare la ecuator decât la poli. Acest lucru este valabil pentru Pământ care se învârte şi care are un diametru ecuatorial de 12.756 km și un diametru la poli de 12 712 km.
Cu cât un obiect din spațiu se învârte mai repede, cu atât este mai evident acest efect. Saturn, care este mai puțin dens decât apa, se rotește în jurul axei sale la fiecare zece ore și jumătate (în comparație cu rotaţia mai lentă a Pământului de 24 de ore). Ca urmare, planeta Saturn este mult mai puțin sferică decât Pământul.
Diametrul ecuatorial al lui Saturn este cu puțin peste 120.500 km, în timp ce diametrul său polar este cu puțin peste 108.600 km. Este o diferență de aproape 12.000 km!
Saturn și câteva dintre lunile sale observate din sonda spațială Cassini în septembrie 2017. Credit: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute
Unele stele sunt și mai extreme. Steaua strălucitoare Altair este o astfel de ciudățenie. Se învârte în jurul axei sale o dată la nouă ore şi este atât de rapidă încât diametrul său ecuatorial este cu 25% mai mare decât distanța dintre poli!
Cu cât te gândeşti mai atent la o astfel de întrebare, cu atât înveți mai mult.
Pentru a răspunde simplu: motivul pentru care obiectele astronomice mari sunt sferice (sau aproape sferice) se datorează faptului că sunt suficient de masive încât atracția gravitațională să depășescă rezistenţa materiei din care sunt formate.
Traducere după I’ve always wondered: why are the stars, planets and moons round, when comets and asteroids aren’t?
Comentariu Facebook