這是我們認(rèn)為理所應(yīng)該的事,正如玫瑰是紅色的,行星自然是球型。事實就是這樣的,不是么?畢竟,如果不是球形,我們構(gòu)建太陽系模型時將面對更多挑戰(zhàn):不能使用小的泡沫球,我們不得不制作一大堆二十面體形狀的行星模型。
圖解: 在這張由哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的土星照片中,你能看到一個土星環(huán)中間的凸起。
但,你有想過為什么行星是球形的么?為什么它們基本上都是球形,或者說為什么不是圓柱形、方形?
對此,我們應(yīng)該直言不諱,實事求是。在太陽系中沒有一個行星是標(biāo)準(zhǔn)的球體,包括太陽。它們的形狀更傾向于描述為“扁球體”。具有這種形狀的物體中間微微凸起。借天文學(xué)家Phil Plait的比喻:它們看起來就像是被人坐在上面的籃球。
從數(shù)據(jù)上講,具有扁球形的行星的極地周長小于赤道周長。地球也是如此,假設(shè)你從北極到南極再返回北極,你總共走了24812英里(39931km)。另一方面,一個完整的環(huán)赤道游會更長有點。這是因為地球的赤道周長為24900英里(40070km)。即,當(dāng)你站在赤道海平線上比在任何一個極地海平線離地球中心更遠(yuǎn)。
在其它一些行星中,它的凸起甚至更加明顯,比如木星。地球的赤道只比極地間寬0.3%。但,木星的測量值顯示了更大的差異。實際上,天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這個加大號行星的赤道比兩極間足足寬了7%。
扁球體的形成主要有兩個重要因素:引力和旋轉(zhuǎn)。華盛頓州戈爾登代爾天文臺主管Troy Carpenter,就在和我們通過郵件探討了此事。他解釋到,“任何有質(zhì)量的物體都會受到引力作用,并且引力會在各個方向向內(nèi)擠壓物體”。
那是因為所有物體都受到自身引力,這是一種將原子拉向共同中心的力。隨著物體的質(zhì)量增加,它的自引力也會增加。在它超過一定質(zhì)量之后,拉力過大導(dǎo)致自身坍塌并變成球形。小物品 - 比如香蕉或扳手 - 可以抵抗這種事件發(fā)生,因為它們的自引力較小,允許它們保持非球形。然而,在行星、太陽和其他真正巨大的物體中,引力是如此的強大以至于它們無法避免被扭曲成球狀體。
“但引力并不是全部的原因,” Carpenter說道。當(dāng)引力將行星變成球形時,它們的旋轉(zhuǎn)速度同時試圖壓扁行星。當(dāng)行星的旋轉(zhuǎn)速度越快,它的隆起便會越不成比例。“這就是為什么我們的太陽系中沒有標(biāo)準(zhǔn)的球體——只有扁球體,” Carpenter告訴我們。 “太陽幾乎是一個完美的球體,因為其巨大的引力和25天的相對較慢的旋轉(zhuǎn)速度。宇宙中相當(dāng)大比例的恒星旋轉(zhuǎn)得更快,因此在赤道處有著更加明顯的隆起。
圖解:像圖中的牽牛星一樣,恒星的腹部也會隆起。
牛郎星就是這樣一顆恒星。它距離地球只有16.8光年,是夜空中最明亮的天體之一。牽牛星的自轉(zhuǎn)速度非常非常快,每10.4個地球小時就能繞其軸完成一次完整的自轉(zhuǎn)。因此,天文學(xué)家估量牽牛星在赤道的寬度至少比兩極之間的寬度大14%。轉(zhuǎn)速也解釋了木星的膨脹。畢竟,在這個氣態(tài)巨星上,一天等于輕快的9.9個地球小時。
其它的力也作用于恒星和行星,改變它們的形狀。雖然地球是一個扁球體,但它肯定不是一個標(biāo)準(zhǔn)的扁球體。太陽和月球的引力都在一定程度上影響著地球的形狀。就此而言,地球自身的板塊構(gòu)造也受此影響。因此,地球各個部分的質(zhì)量并不是均勻分布的 - 事實上,它是相當(dāng)粗糙的、有起伏的。
盡管如此,它看起來還是比木星(和土星)圓得多。反過來,我們宇宙中的行星看起來比它們的一些衛(wèi)星更加傾向于球形。例如,火星上有兩顆小衛(wèi)星,它們都沒有被自引力擠壓成扁球體。相反,它們的外形通常被描述為土豆形。
總的來說,我們可以這樣描述地球:它可能不是完美的球體,但至少它面面俱到-扁球體。
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