Σχήμα Πλανήτη:Κατανόηση του ρόλου της βαρύτητας

Οι πλανήτες είναι στρογγυλοί λόγω της βαρύτητας, η οποία έλκει την ύλη προς τα μέσα από όλες τις κατευθύνσεις. Αλλά, είναι πολύ ελαφρώς πεπλατυσμένα λόγω περιστροφής.

Η βαρύτητα βρίσκεται στο επίκεντρο της κατανόησης γιατί οι πλανήτες είναι στρογγυλοί. Η βαρύτητα τραβά τα πάντα προς το κέντρο μάζας. Όταν σχηματίζεται ένας πλανήτης, ξεκινά ως μια συλλογή αερίων, σκόνης και πετρωμάτων. Καθώς αυτά τα υλικά συγκεντρώνονται, η βαρύτητα τα τραβάει προς το κέντρο. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως προσαύξηση, συμπιέζει και θερμαίνει την ύλη. Εδώ τα πυκνότερα υλικά, όπως τα μέταλλα, βυθίζονται προς το κέντρο, ενώ τα ελαφρύτερα υλικά, όπως τα πυριτικά, ανεβαίνουν στην επιφάνεια. Αυτή η διαφοροποίηση συμβάλλει σε μια πιο ομοιόμορφη κατανομή της μάζας, η οποία βοηθά στη δημιουργία ενός σφαιρικού σχήματος. Τελικά, η ύλη σχηματίζει ένα σφαιρικό σχήμα, καθώς η βαρύτητα έλκεται εξίσου από όλες τις κατευθύνσεις, εξομαλύνοντας τις ανωμαλίες.

Οι πλανήτες είναι στρογγυλοί εξ ορισμού

Το να είσαι στρογγυλός είναι στην πραγματικότητα στον ορισμό του να είσαι πλανήτης. Πιο συγκεκριμένα, όλοι οι πλανήτες υπάρχουν σε υδροστατική ισορροπία:

Σύμφωνα με τη Διεθνή Αστρονομική Ένωση (IAU), η οποία είναι η παγκοσμίως αναγνωρισμένη αρχή για την ονομασία και τον ορισμό των ουράνιων σωμάτων, ένα ουράνιο σώμα πρέπει να πληροί τα ακόλουθα κριτήρια για να ταξινομηθεί ως πλανήτης σε ένα ηλιακό σύστημα:

1. Περιφορά γύρω από ένα αστέρι .
2. Επαρκής μάζα για υδροστατική ισορροπία :Το σώμα πρέπει να έχει αρκετή μάζα ώστε η αυτοβαρύτητα του να υπερνικήσει τις άκαμπτες δυνάμεις του σώματος έτσι ώστε να αποκτήσει ένα σχεδόν στρογγυλό (σφαιρικό) σχήμα. Αυτή η κατάσταση είναι υδροστατική ισορροπία.
3. Εκκαθάριση της γειτονιάς γύρω από την τροχιά της :Το σώμα πρέπει να έχει καθαρίσει τη γειτονιά γύρω από την τροχιά του, που σημαίνει ότι είναι βαρυτικά κυρίαρχο και έχει αφαιρέσει τα περισσότερα άλλα αντικείμενα στην τροχιακή του διαδρομή.

Ο Πλούτωνας είναι στρογγυλός. Περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο και έχει υδροστατική ισορροπία. Ωστόσο, είναι ένας πλανήτης νάνος και όχι ένας πλανήτης επειδή δεν καθάρισε την τροχιά του από τα συντρίμμια.

Γιατί οι πλανήτες δεν είναι τελείως στρογγυλοί

Ενώ οι πλανήτες είναι σφαιρικοί, δεν είναι απόλυτα στρογγυλοί. Είναι ελαφρώς πεπλατυσμένα, διογκωμένα στον ισημερινό. Δύο κύριοι παράγοντες προκαλούν αυτήν την απόκλιση από την τέλεια στρογγυλότητα:

1. Περιστροφική ισοπέδωση :Καθώς ένας πλανήτης περιστρέφεται, η φυγόκεντρος δύναμη τον αναγκάζει να διογκωθεί στον ισημερινό και να ισοπεδωθεί στους πόλους. Αυτό το φαινόμενο είναι πιο έντονο σε πλανήτες με γρήγορη περιστροφή.
2. Παλλιρροϊκές Δυνάμεις :Οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις με άλλα ουράνια σώματα, όπως φεγγάρια ή ένα μητρικό αστέρι, προκαλούν επιμήκυνση και παλιρροϊκές διογκώσεις.

Οι περισσότεροι και λιγότεροι στρογγυλοί πλανήτες στο ηλιακό σύστημα

Γενικά, οι πλανήτες είναι στρογγυλοί. Όμως, καμία δεν είναι τέλειες σφαίρες.

• Οι πιο στρογγυλοί πλανήτες: Η Αφροδίτη και ο Ερμής είναι οι πιο σφαιρικοί πλανήτες του ηλιακού συστήματος, με πολύ μικρή ισοπέδωση λόγω περιστροφής.
• Οι λιγότερο στρογγυλοί πλανήτες :Ο Κρόνος και ο Δίας είναι οι λιγότερο στρογγυλοί πλανήτες. Ο Κρόνος, συγκεκριμένα, έχει μια αξιοσημείωτη ισημερινή διόγκωση.

Συνολικά, οι πιο στρογγυλοί πλανήτες είναι οι επίγειοι πλανήτες (Ερμής, Αφροδίτη, Γη, Άρης). Οι σχετικά αργοί ρυθμοί περιστροφής τους συμβάλλουν στη στρογγυλότητά τους, αλλά έχουν ανωμαλίες λόγω παραγόντων όπως οι τοπογραφικές και βαρυτικές διακυμάνσεις. Οι πλανήτες πάγου (Ποσειδώνας και Ουρανός) είναι επίσης σχετικά σφαιρικοί. Περιστρέφονται γρηγορότερα από την Αφροδίτη, αλλά επηρεάζονται λιγότερο από την περιστροφική ισοπέδωση σε σύγκριση με τους γίγαντες αερίων όπως ο Δίας και ο Κρόνος.

Πόσο στρογγυλή είναι η Γη;

Η Γη δεν είναι μια τέλεια σφαίρα. Λόγω της περιστροφής του έχει ισημερινό εξόγκωμα. Η διάμετρος στον ισημερινό είναι περίπου 43 χιλιόμετρα μεγαλύτερη από τη διάμετρο από πόλο σε πόλο. Τεχνικά, η Γη είναι ένα πεπλατυσμένο σφαιροειδές.

Γιατί μερικοί πλανήτες είναι πιο στρογγυλοί από άλλους;

Οι βασικοί παράγοντες που καθορίζουν πόσο στρογγυλός είναι ένας πλανήτης είναι το μέγεθος, η σύνθεση και η ταχύτητα περιστροφής του.

1. Μέγεθος και βαρύτητα :Οι μεγαλύτεροι πλανήτες έχουν ισχυρότερη βαρύτητα, η οποία τους τραβάει σε πιο σφαιρικό σχήμα. Αυτή η επίδραση είναι σημαντική τόσο για τους γίγαντες αερίων όσο και για τους επίγειους πλανήτες.
2. Σύνθεση :Οι γίγαντες αερίων είναι ως επί το πλείστον από αέρια και είναι πιο ρευστοί στη φύση τους σε σύγκριση με τους στερεούς επίγειους πλανήτες. Αυτή η ρευστότητα συμβάλλει σε παραλλαγές στο σχήμα, ειδικά όταν συνδυάζεται με γρήγορη περιστροφή.
3. Ταχύτητα περιστροφής :Ίσως ο πιο κρίσιμος παράγοντας είναι το πόσο γρήγορα περιστρέφεται ένας πλανήτης. Η ταχύτερη περιστροφή οδηγεί σε μια πιο έντονη ισημερινή διόγκωση λόγω της φυγόκεντρης δύναμης. Γίγαντες αερίου όπως ο Δίας και ο Κρόνος περιστρέφονται πολύ γρήγορα, με αποτέλεσμα να έχουν σημαντική διόγκωση του ισημερινού.

Στο ηλιακό σύστημα, η Αφροδίτη, ένας επίγειος πλανήτης, είναι ένας από τους πιο σφαιρικούς λόγω της αργής περιστροφής του. Εν τω μεταξύ, γίγαντες αερίων όπως ο Κρόνος έχουν μια αξιοσημείωτη ισοπέδωση στους πόλους λόγω της γρήγορης περιστροφής τους.

Απλή επίδειξη πλανητικής διόγκωσης

Μια απλή επίδειξη που δείχνει γιατί οι πλανήτες διογκώνονται ελαφρά, περιστρέφει μια μαλακή, εύπλαστη μπάλα (όπως μια από ζύμη ή πηλό) σε ένα περιστρεφόμενο τραπέζι. Όταν η μπάλα περιστρέφεται αργά, διατηρεί το στρογγυλό της σχήμα. Όμως, η αύξηση της ταχύτητας κάνει να αρχίσει να ισοπεδώνεται στους πόλους και να διογκώνεται στον ισημερινό λόγω της φυγόκεντρης δύναμης.

Είναι ο Ήλιος Στρογγυλός;

Ο Ήλιος, όπως και οι πλανήτες, είναι επίσης στρογγυλός λόγω της βαρύτητας. Ωστόσο, ως ρευστή μάζα, το σχήμα της παραμορφώνεται ελαφρώς λόγω του μαγνητικού πεδίου και του ηλιακού ανέμου. Ενώ περιστρέφεται αρκετά γρήγορα, η βαρύτητα υπερνικά τις επιπτώσεις της φυγόκεντρης δύναμης, επομένως ο Ήλιος είναι σχεδόν σφαιρικός.

Είναι όλα τα αστέρια στρογγυλά;

Τα περισσότερα αστέρια είναι στρογγυλά για τους ίδιους λόγους με τους πλανήτες και τον Ήλιο. Ωστόσο, ορισμένα αστέρια έχουν σημαντικά εξογκώματα. Ένα παράδειγμα είναι το ταχέως περιστρεφόμενο αστέρι Regulus, το οποίο έχει μια σημαντική ισημερινή διόγκωση λόγω της υψηλής ταχύτητας περιστροφής του περίπου 700.000 μίλια την ώρα στον ισημερινό του. Αντίθετα, η περιστροφή του Ήλιου είναι περίπου 4.500 μίλια την ώρα.

Είναι τα φεγγάρια στρογγυλά;

Πολλά φεγγάρια γύρω από τους πλανήτες είναι στρογγυλά, αλλά όχι όλα. Η στρογγυλότητα των φεγγαριών, όπως και των πλανητών, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το μέγεθός τους και τις προκύπτουσες βαρυτικές δυνάμεις.

Στρογγυλά φεγγάρια

Τα φεγγάρια που είναι στρογγυλά βρίσκονται συνήθως σε κατάσταση υδροστατικής ισορροπίας, όπου η βαρυτική τους δύναμη είναι αρκετά ισχυρή ώστε να τα διαμορφώσει σε μια σχεδόν σφαιρική μορφή. Αυτό συμβαίνει συνήθως σε μεγαλύτερα φεγγάρια. Μερικά παραδείγματα περιλαμβάνουν:

1. Το φεγγάρι της Γης :Είναι αρκετά μεγάλο ώστε να έχει επιτύχει υδροστατική ισορροπία, κάνοντάς το στρογγυλό.
2. Γανυμήδης (του Δία) :Το μεγαλύτερο φεγγάρι στο ηλιακό σύστημα, ο Γανυμήδης είναι στρογγυλός λόγω του σημαντικού μεγέθους και της μάζας του.
3. Τιτάν (του Κρόνου) :Ο Τιτάνας είναι άλλο ένα μεγάλο φεγγάρι που έχει αποκτήσει σφαιρικό σχήμα.

Μη Στρογγυλά Φεγγάρια

Τα μικρότερα φεγγάρια συχνά δεν έχουν αρκετή μάζα ώστε η βαρύτητά τους να υπερνικήσει την ακαμψία του υλικού τους, με αποτέλεσμα να αποκτούν μη σφαιρικά σχήματα. Τα παραδείγματα περιλαμβάνουν:

1. Δείμος (του Άρη) :Είναι μικρό και ακανόνιστο σχήμα, περισσότερο σαν αστεροειδής.
2. Υπερίωνα (του Κρόνου) :Γνωστό για την ασυνήθιστη εμφάνισή του που μοιάζει με σφουγγάρι, το Hyperion είναι πολύ μικρό για να είναι στρογγυλό.

Λόγοι στρογγυλότητας (ή έλλειψης)

Το αν ένα φεγγάρι είναι στρογγυλό ή όχι εξαρτάται κυρίως από το μέγεθος και τη μάζα του, που υπαγορεύουν αν έχει επαρκή βαρύτητα για να ξεπεράσει τη δομική ακαμψία του υλικού του και να πάρει ένα σφαιρικό σχήμα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα μεγαλύτερα φεγγάρια είναι γενικά στρογγυλά, ενώ τα μικρότερα φεγγάρια έχουν συχνά ακανόνιστα σχήματα.

• Μέγεθος και μάζα :Τα μεγαλύτερα φεγγάρια, με μεγαλύτερη μάζα, έχουν ισχυρότερη βαρύτητα που τραβά το φεγγάρι σε σφαιρικό σχήμα. Αυτή η διαδικασία είναι η ίδια με αυτή που διαμορφώνει τους πλανήτες.
• Σύνθεση :Η σύνθεση ενός φεγγαριού επηρεάζει την ικανότητά του να γίνεται στρογγυλό. Τα φεγγάρια που είναι φτιαγμένα από πάγο, για παράδειγμα, φτάνουν σε υδροστατική ισορροπία πιο εύκολα από αυτά που είναι κατασκευασμένα από βράχο, επειδή ο πάγος είναι λιγότερο άκαμπτος και πιο επιρρεπής στην αναμόρφωση υπό την επίδραση της βαρύτητας.
• Γεωλογική δραστηριότητα :Σε ορισμένες περιπτώσεις, η γεωλογική δραστηριότητα συμβάλλει στο να γίνει ένα φεγγάρι στρογγυλό. Για παράδειγμα, εάν ένα φεγγάρι έχει ενεργό ηφαιστειακό ή τεκτονικό, μπορεί να αναδιαμορφώσει την επιφάνειά του με την πάροδο του χρόνου, βοηθώντας το να αποκτήσει μια πιο σφαιρική μορφή.

Είναι στρογγυλοί οι αστεροειδείς και οι νάνοι πλανήτες;

Γενικά, οι νάνοι πλανήτες είναι στρογγυλοί. Οι περισσότεροι αστεροειδείς δεν είναι στρογγυλοί. Οι κομήτες και άλλα μικρότερα σώματα δεν είναι στρογγυλά.

Δεν υπάρχει ακριβής κατευθυντήρια γραμμή για το μέγεθος ενός ουράνιου σώματος για να είναι στρογγυλό, καθώς το όριο για την επίτευξη υδροστατικής ισορροπίας (και επομένως να γίνει στρογγυλό) εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως η σύνθεση, η θερμοκρασία και η εσωτερική δομή.

1. Πυκνότητα και σύνθεση :Σώματα με χαμηλότερη πυκνότητα και πιο όλκιμα υλικά (όπως ο πάγος) επιτυγχάνουν υδροστατική ισορροπία σε μικρότερα μεγέθη από αυτά που αποτελούνται από πυκνότερα και πιο άκαμπτα υλικά (όπως πέτρες).
2. Τυπικά μεγέθη στο ηλιακό μας σύστημα :
   • Για βραχώδη σώματα (όπως αστεροειδείς ή φεγγάρια), η μετάβαση στη στρογγυλότητα συμβαίνει συνήθως σε διαμέτρους περίπου 400 έως 600 χιλιομέτρων. Για παράδειγμα, η Δήμητρα, το μεγαλύτερο σώμα στη ζώνη των αστεροειδών και ταξινομημένο ως πλανήτης νάνος, είναι στρογγυλό και έχει διάμετρο περίπου 940 km.
   • Για παγωμένα σώματα, όπως αυτά που βρέθηκαν στη Ζώνη Κάιπερ, αυτή η μετάβαση συμβαίνει σε μικρότερα μεγέθη, πιθανώς περίπου 200 έως 400 χιλιόμετρα σε διάμετρο.
3. Θερμοκρασία και εσωτερική δομή :Η εσωτερική θερμοκρασία ενός ουράνιου σώματος επηρεάζει την ικανότητά του να ρέει και, επομένως, την ικανότητά του να αποκτά σφαιρικό σχήμα. Οι θερμότερες, πιο εύκαμπτες εσωτερικές δομές επιτρέπουν σε ένα σώμα να γίνει στρογγυλό σε μικρότερο μέγεθος σε σύγκριση με ψυχρότερα, πιο άκαμπτα σώματα.

Αναφορές

• Inaba, S.; Wetherill, G.W.; Ikoma, M. (2003). «Σχηματισμός γιγάντων πλανητών αερίου:μοντέλα συσσώρευσης πυρήνα με κατακερματισμό και πλανητικό περίβλημα». Ίκαρος . 166 (1):46–62. doi:10.1016/j.icarus.2003.08.001
• Montmerle, Thierry; Augereau, Jean-Charles; Chaussidon, Marc; et al. (2006). «Σχηματισμός ηλιακού συστήματος και πρώιμη εξέλιξη:τα πρώτα 100 εκατομμύρια χρόνια». Γη, Σελήνη και Πλανήτες . 98 (1–4):39–95. doi:10.1007/s11038-006-9087-5
• Nakamoto, Taishi; Nakagawa, Yushitsugu (1994). «Σχηματισμός, πρώιμη εξέλιξη και βαρυτική σταθερότητα πρωτοπλανητικών δίσκων». The Astrophysical Journal . 421:640–650. doi:10.1086/173678
• Thomas, P. C. (2010). «Μεγέθη, σχήματα και παράγωγες ιδιότητες των δορυφόρων του Κρόνου μετά την ονομαστική αποστολή Cassini». Ίκαρος . 208 (1):395–401. doi:10.1016/j.icarus.2010.01.025
• Wieczorek, M. A. (2015). Schubert, Gerald (επιμ.), «10.05 – Gravity and Topography of the Terrestrial Planets». Πραγματεία για τη Γεωφυσική (2η έκδ.). Οξφόρδη:Elsevier. ISBN 978-0-444-53803-1.