Þegar við skoðum sólkerfið sjáum við fyrirbæri af öllum stærðum, allt frá örsmáum rykkornum til risareikistjarna og sólar. Sameiginlegt einkenni þessara hluta er að stórir hlutir eru (meira eða minna) kringlóttir og litlir hlutir eru óreglulegir í lögun. En afhverju?
Svarið við spurningunni um hvers vegna stórir hlutir eru kringlóttir kemur niður á áhrifum þyngdaraflsins. Þyngdaraðdráttarafl hlutar beinist alltaf að miðju massa hans. Því stærri sem hluturinn er, því massameiri er hann og því meiri þyngdarkraftur hans.
Fyrir fasta hluti er þessi kraftur á móti krafti hlutarins sjálfs. Til dæmis, krafturinn niður á við sem þú finnur vegna þyngdarafl jarðar togar þig ekki í átt að miðju jarðar. Þetta er vegna þess að jörðin ýtir þér aftur upp - kraftur of mikill til að leyfa þér að falla í gegnum hana.
Hins vegar hefur kraftur jarðar sín takmörk. Ímyndaðu þér risastórt fjall, eins og Mount Everest, sem verður stærra og stærra eftir því sem plánetur plánetunnar rekast hver á annan. Eftir því sem Everest er hærra og hærra eykst þyngd hennar að því marki að hún byrjar að síga. Viðbótarþyngdin mun ýta fjallinu niður í möttul jarðar og takmarka hæð þess.
Ef jörðin samanstóð eingöngu af hafi, myndi Everest einfaldlega sökkva niður í miðju jarðar (tilfæra allt vatnið sem það fer í gegnum). Öll svæði þar sem vatn var mjög mikið myndi sökkva niður undir áhrifum þyngdarafls jarðar. Svæði þar sem vatn var afar af skornum skammti myndu fyllast af vatni sem kreist hefur verið út annars staðar, sem gerir hið ímyndaða jarðarhaf að fullkomlega kúlulaga.
En málið er að þyngdaraflið er í raun furðu veikt. Hlutur verður að vera mjög stór áður en hann getur beitt nægilega sterku þyngdarkrafti til að sigrast á styrk efnisins sem hann er gerður úr. Þess vegna hafa litlir fastir hlutir (metrar eða kílómetrar í þvermál) of veikt aðdráttarafl til að öðlast kúlulaga lögun.
Þegar hlutur verður nógu stór til að þyngdarafl vinnur – sigrar kraft efnisins sem hann er gerður úr – mun hann hafa tilhneigingu til að draga allt efni hlutarins í kúlulaga lögun. Hlutar hlutarins sem eru of háir verða dregnir niður og færa efnið fyrir neðan þá, sem veldur því að of lágir hlutar ýtast út.
Þegar kúlulaga löguninni er náð segjum við að hluturinn sé í "vatnsstöðujafnvægi". En hversu öflugur ætti hlutur að vera til að ná vatnsstöðujafnvægi? Það fer eftir því úr hverju það er gert. Hlutur sem samanstendur eingöngu af fljótandi vatni getur auðveldlega tekist á við þetta verkefni, þar sem hann hefur í raun engan kraft - vatnssameindir eru auðveldlega hreyfðar.
Á sama tíma þyrfti hlutur úr hreinu járni að vera miklu massameiri til að þyngdarafl hans gæti sigrast á innri krafti járnsins. Í sólkerfinu er þröskuldsþvermálið sem er nauðsynlegt til að ískalt fyrirbæri verði kúlulaga að minnsta kosti 400 km og fyrir hluti sem eru aðallega úr sterkara efni er þessi þröskuldur enn meiri. Tungl Satúrnusar Mimas er kúlulaga og er 396 km í þvermál. Eins og er er það minnsti hluturinn sem við vitum um sem getur uppfyllt þessi skilyrði.
En allt verður flóknara ef þú manst eftir því að allir hlutir hafa tilhneigingu til að snúast eða hreyfast í geimnum. Ef hlutur snýst, finna staðir við miðbaug hans (punkturinn sem er mitt á milli skautanna tveggja) aðeins minna þyngdarafl en staðir nálægt pólunum.
Fyrir vikið færist fullkomlega kúlulaga lögunin sem búast mætti við í vatnsstöðujafnvægi yfir í það sem er þekkt sem „flatta kúlulaga“ - þegar hlutur er breiðari við miðbaug en við pólana, sérstaklega á þetta við um jörðina okkar. Því hraðar sem hluturinn snýst í geimnum, því dramatískari eru þessi áhrif. Satúrnus, sem er þéttari en vatn, snýst um ásinn á tíu og hálfs tíma fresti (miðað við hægari 24 klukkustunda hringrás jarðar). Þar af leiðandi er það mun minna kúlulaga en jörðin. Miðbaugsþvermál Satúrnusar er rúmlega 120 km og pólþvermál hans er rúmlega 500 km. Þetta munar tæplega 108 þúsund km!
Sumar stjörnur eru jafnvel öfgakenndari. Bjarta stjarnan Altair er eitt slíkt skrítið. Það snýst einu sinni á 9 klukkustunda fresti eða svo. Hann er svo hraður að miðbaugsþvermál hans er 25% meira en fjarlægðin milli skautanna!
Einfaldlega sagt, ástæðan fyrir því að stórir stjarnfræðilegir hlutir eru kúlulaga (eða næstum kúlulaga) er sú að þeir eru nógu stórir til að þyngdarkraftur þeirra geti sigrast á styrk efnisins sem þeir eru gerðir úr.
Lestu líka:
- Ný tegund sprengistjarna hefur fundist: hún er blanda af deyjandi stjörnu og félaga hennar
- Hvorki stjarna né pláneta: vísindamenn hafa uppgötvað undarlegan brúnan dverg í Vetrarbrautinni