為什麼宇宙中所有星球都是圓的,無一例外?

2023-07-19     魅力科學君

原標題:為什麼宇宙中所有星球都是圓的,無一例外?

為什麼宇宙中所有星球都是圓的,無一例外?這個問題有一個簡單的答案:星球的定義就是「由各種物質構成的巨型球狀天體」,而球狀天體當然就是圓的,所以如果某個天體不是圓的,那它就不能稱之為星球。

當然了,這個答案有點狡辯的味道,下面我們來看看其中的具體原理。

實際上,宇宙中確實存在著很多形狀不規則的天體,比如說我們太陽系中的小行星、彗星等,儘管這些天體的形狀各不相同,但它們卻有一個共同的特點——它們的質量都相對較小,另一方面來講,凡是能被我們稱為星球的天體,也有一個共同的特點——它們的質量都相對較大。為什麼會這樣呢?這就要從引力講起。

在宇宙中的四大基本力中,引力是最弱的一種,但由於引力是一種長程力,也就是說引力的作用範圍在理論上來講是無限遠的(只不過距離越遠引力就越弱,但永遠不會為零),並且引力只有「吸引力」,而沒有反向的「排斥力」,因此引力是可以無限疊加的。

正如我們所知,宇宙中所有具有質量的物質都會產生引力,而因為引力可以無限疊加,所以一個天體的質量越大,其自身的引力也就會越大,並且沒有上限。

宇宙中每一個天體的自身引力,其方向都是筆直地指向天體的質心,我們可以將其簡單地理解為,天體的引力一直在試圖將自身所有的物質都「壓縮」進天體的質心裏面去。

如果一個擁有固態結構天體的質量較小,那麼其自身物質的強度就可以「無視」自身引力的「壓縮」,在這種情況下,這個天體就可以維持其在形成之初的形狀,而這些形狀基本上都是不規則的。

但物質的強度是有限的,假如一個天體的質量增加到一定的程度(一般認為是10^21千克),那即使它擁有固態結構,其自身的引力也可以強大足以克服其自身物質的強度,在強大引力的「壓縮」下,這個天體在整體上就會呈現為一種流體的性質。而當達到流體靜力平衡時,它自然而然地就會是一個球狀天體,為什麼呢?因為這種形狀是最穩定的。

順便講一下,一顆星球想要維持穩定,其內部就必須要有力量來抵擋自身引力的「壓縮」,對於像地球這樣的行星來講,這種力量其實就是物質之間的電磁力。

但對於像太陽這樣的恆星而言,物質之間的電磁力完全無法抵擋其自身的引力,而它們之所以能夠維持穩定,其實是因為它們的核心一直在發生核聚變反應,其釋放出的一部分能量就充當了抵擋自身引力的力量。

如果一個天體的內部沒有發生核聚變反應,並且它本身的質量又足夠大,以至於物質之間的電磁力無法抵擋其自身的引力,那它就會被「壓縮」得越來越緻密。

在此過程中,有兩種力量能夠抵擋引力,它們分別是「電子簡併壓力」和「中子簡併壓力」,後者比前者更強,如果前者能夠抵擋住引力,那麼這個天體就會演化成一顆白矮星,如果是後者,那麼這個天體就會演化成一顆中子星,而假如天體的質量非常巨大,以至於連「中子簡併壓力」都無法抵擋其自身的引力,那麼它就會被無限「壓縮」,最終會演化成一個黑洞。

總而言之,之所以宇宙中所有星球都是圓的,其實是引力塑造的結果,由於一個天體只有在質量足夠大的時候,其自身的引力才可以克服其自身物質的強度,因此對於那些質量較小的天體來講,它們的形狀就可以是不規則的。

值得一提的是,因為已知的星球都存在自轉,而自轉所產生的「離心力」會使星球形狀發生一定程度的改變,所以已知的星球都不是標準的圓球(註:「離心力」是一種虛擬力,它本質上是物體慣性的體現)。

比如說我們地球的赤道區域就會因為自轉而微微隆起,而在太陽系八大行星中,這樣的情況在土星上最為明顯,探測數據表明,土星的赤道半徑約為60268千米,而極半徑卻只有大約54364千米,所以土星也被稱為「太陽系中最扁的星球」。

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-tw/f5f56fc269d750c5c01383a630ce075d.html