为什么它们基本上是球形的,而不是圆柱形或立方形?
我们的太阳系中的行星都不是完美的球体,对此我们的太阳也不例外。所有这些可以更准确地描述为“扁球体”。具有此形状的物体在中间略微凸起。借用天文学家Phil Plait的一个比喻,它们看起来像某人正在坐着的篮球。
更确切地说,在具有扁球体形状的天体中,极地周长小于赤道周长。所以在地球上,如果你从北极到南极再回到北极,你总共走了24,812英里(39,931公里)。另一方面,赤道周围的完整旅程会更长一些。这是因为地球赤道的周长是24,900英里(40,070公里)。因此,当你站在赤道海平面上时,你离我们星球中心的距离比任何一个极点都远。
在其他一些行星上,这个凸起更加明显。地球在赤道周长比极地周长仅宽0.3%,但木星的测量结果则显示了更大的差距。实际上,天文学家发现,这个加大尺寸的行星在赤道周长比极地周长宽7%。
扁球体的形状是引力和旋转两个主要因素的结果。
这是因为所有物体都会经历自身引力,这种引力把它们的原子拉向一个共同的中心。随着物体质量的增加,其自身引力也随之增加。超过一定质量后,引力变得很强,以至于物体塌陷在自己的身体上,变成球状。小物件可以抵抗这种命运,因为它们的自身引力相对较弱,可以保留非球体形状。然而,在行星,太阳和其他真正巨大的物体,引力是十分强大,它们无法避免被扭曲成球体。
但引力并不是全部。引力会使行星形成球形,但行星旋转的速度同时试图使它们变平坦。天体旋转得越快,它的赤道隆起就越不成比例。这就是为什么我们的太阳系没有完美的球体行星,只有扁球体。由于巨大的引力和相对较慢的25天一个周期的自转速度,太阳勉强接近完美的球体。而太空中很大一部分恒星的旋转速度要快得多,而且在它们的赤道上有明显隆起。
牵牛星距离我们的地球只有16.8光年,它是夜空中最亮的物体之一。牵牛星的旋转速度非常快,每10.4小时完成一次完整的自转。据此,天文学家估计,牵牛星赤道周长至少比极地周长宽14%。转速也解释了木星的凸起。毕竟,在这个气态巨星球上,一天只有9.9个小时那么长。
其他力量也作用于恒星和行星,改变它们的形状。地球是扁球体,它确实不是一个完美的球体。太阳和月球的引力在一定程度上影响着星球的形状。此外,行星自身的板块构造也会影响着星球的形状。
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的确,体积稍大一些的星球都是圆形的,准确地说是近圆形的。这个原因应当从万有引力说起。
1687年,牛顿发现了万有引力。任何物体之间都有相互吸引力,这个力的大小与各个物体的质量成正比。
万有引力的一个特点是物体的四周引力都是相同的,小到一块石头,大到巨型的恒星,它们四周的引力都完全一样。而且这种力量无法用其他东西隔绝,只有与其他物体叠加形成更大的引力。
在广阔的宇宙中,人们利用万有引力定律计算出了精确的星球轨道,可见宇宙中引力决定着星球之间的相互关系。
在宇宙中的真空状态里,细微的物体之间,万有引力也表现得非常明显。所以,在没有外力的干扰和作用下,宇宙中的细小尘埃会慢慢聚集在一起,形成一个较大的物体。
而这个新生成的物体,就会产生较大的引力,于是会吸附更多的尘埃和细小的石块。于是,星球就渐渐地诞生了。
一颗行星或是恒星的形成,通常要用几亿年或几十亿年的时间。在慢长的岁月里,这些聚在一起的物质体积会渐渐庞大起来,于是,更大的吸引力会作用在四周。
当这引力的力量超过吸附物质自身的强度时,新吸附的物质就会坍塌到星球表面。这样,星球就逐渐变得圆了起来。
比如地球,地球上最高的山脉是喜玛拉雅山。由于万有引力作用,其上的物质会被牢牢地束缚在地面上。但是,山峰如果再高的话,它就难于抗拒万有引力的作用,而坍塌成较低的山峰,这样,地球就会保持圆形了。
当然,如果一颗星球较小,引力并不足以拉碎吸引来的物质,那么,它就无法保持圆形。这在小行星带里流动的无数小行星的形状得到解释。
不过,一般来说,行星或是恒星只是一颗近似圆形的球体。由于所有的行星或恒星都有自转,同时又都会受到其他天体或多或少的牵制影响,多数星球几乎都是椭圆形球体。
特别是一些自转速度快的星球,比如说木星,其赤道因为线速度最大,往往会较其他纬度地区微微拱起。木星其实是个匾圆形球体。
很多星球受到其他行星的引力影响,也会有所变形,比如受月球的影响,地球海洋对着月球一面,会产生退潮。
海水去了哪里呢,其实是受月球的引力影响,在月球下方而微微隆了起来而已,当月球一离开,海水就会涨潮了。