Når vi ser på solsystemet, ser vi objekter i alle størrelser, fra bittesmå støvkorn til gigantiske planeter og solen. Et fellestrekk ved disse gjenstandene er at store gjenstander er (mer eller mindre) runde, og små gjenstander har uregelmessig form. Men hvorfor?
Svaret på spørsmålet om hvorfor store gjenstander er runde kommer ned til påvirkning av tyngdekraften. Gravitasjonstiltrekningen til et objekt er alltid rettet mot sentrum av massen. Jo større objektet er, jo mer massivt er det og jo større gravitasjonskraft.
For faste gjenstander motsetter denne kraften kraften til selve gjenstanden. For eksempel, den nedadgående kraften du føler på grunn av jordens tyngdekraft trekker deg ikke mot jordens sentrum. Dette er fordi bakken presser deg opp igjen - en kraft som er for stor til at du kan falle gjennom den.
Jordens makt har imidlertid sine begrensninger. Se for deg et enormt fjell, som Mount Everest, som blir større og større etter hvert som planetens plater kolliderer med hverandre. Etter hvert som Everest blir høyere og høyere, øker vekten hennes i en slik grad at hun begynner å synke. Den ekstra vekten vil presse fjellet ned i jordkappen, og begrense dets høyde.
Hvis jorden bestod utelukkende av hav, ville Everest ganske enkelt synke ned til jordens sentrum (og fortrenge alt vannet den passerer gjennom). Alle områder der det var ekstremt mye vann, ville synke nedover under påvirkning av jordens tyngdekraft. Områder der det var ekstremt lite vann, ville fylles opp med vann presset ut fra andre steder, noe som gjorde det imaginære jordhavet til et perfekt sfærisk hav.
Men saken er at tyngdekraften faktisk er overraskende svak. En gjenstand må være veldig stor før den kan utøve en sterk nok gravitasjonskraft til å overvinne styrken til materialet den er laget av. Derfor har små faste gjenstander (meter eller kilometer i diameter) for svak gravitasjonsattraksjon til å få en sfærisk form.
Når en gjenstand blir stor nok til at tyngdekraften vinner – overvinner kraften til materialet den er laget av – vil den ha en tendens til å trekke alt gjenstandens materiale til en sfærisk form. Deler av gjenstanden som er for høye vil bli trukket ned, og forskyver materialet under dem, noe som fører til at deler som er for lave skyves ut.
Når den sfæriske formen er oppnådd, sier vi at objektet er i "hydrostatisk likevekt". Men hvor kraftig må formålet være for å oppnå hydrostatisk likevekt? Det kommer an på hva den er laget av. En gjenstand som bare består av flytende vann kan lett takle denne oppgaven, siden den faktisk ikke har noen kraft - vannmolekyler flyttes lett.
I mellomtiden må en gjenstand laget av rent jern være mye mer massiv for at gravitasjonen skal overvinne jernets indre kraft. I solsystemet er terskeldiameteren som er nødvendig for at et isete objekt skal bli sfærisk minst 400 km, og for objekter som hovedsakelig består av sterkere materiale er denne terskelen enda større. Saturns måne Mimas har en sfærisk form og en diameter på 396 km. Foreløpig er det den minste gjenstanden vi kjenner til som kan oppfylle disse kriteriene.
Men alt blir mer komplisert hvis du husker at alle objekter har en tendens til å rotere eller bevege seg i rommet. Hvis et objekt roterer, opplever steder ved ekvator (punktet halvveis mellom de to polene) litt mindre gravitasjonskraft enn steder nær polene.
Som et resultat skifter den perfekt sfæriske formen som kan forventes i hydrostatisk likevekt til det som er kjent som en "flatet sfæroid" - når en gjenstand er bredere ved ekvator enn ved polene, er dette spesielt sant for vår jord. Jo raskere objektet roterer i rommet, jo mer dramatisk er denne effekten. Saturn, som er mindre tett enn vann, roterer om sin akse hver tiende og en halv time (sammenlignet med jordens langsommere 24-timers syklus). Som et resultat er den mye mindre sfærisk enn jorden. Saturns ekvatorialdiameter er litt over 120 500 km, og dens polare diameter er litt over 108 600 km. Dette er en forskjell på nesten 12 tusen km!
Noen stjerner er enda mer ekstreme. Den klare stjernen Altair er en slik merkelighet. Den roterer en gang hver 9. time eller så. Den er så rask at dens ekvatorialdiameter er 25 % større enn avstanden mellom polene!
For å si det enkelt, grunnen til at store astronomiske objekter er sfæriske (eller nesten sfæriske) er fordi de er massive nok til at gravitasjonskraften deres kan overvinne styrken til materialet de er laget av.
Les også:
- En ny type supernova har blitt oppdaget: den er en kombinasjon av en døende stjerne og dens følgesvenn
- Verken en stjerne eller en planet: forskere har oppdaget en merkelig brun dverg i Melkeveien