Kun katsomme aurinkokuntaa, näemme kaikenkokoisia esineitä, pienistä pölyjyväisistä jättiläisplaneettoihin ja aurinkoon. Näiden esineiden yhteinen piirre on, että suuret esineet ovat (enemmän tai vähemmän) pyöreitä ja pienet ovat muodoltaan epäsäännöllisiä. Mutta miksi?
Vastaus kysymykseen, miksi suuret esineet ovat pyöreitä, tulee painovoiman vaikutuksesta. Esineen vetovoima kohdistuu aina sen massan keskustaan. Mitä suurempi esine, sitä massiivisempi se on ja sitä suurempi on sen vetovoima.
Kiinteillä esineillä tämä voima vastustaa itse kohteen voimaa. Esimerkiksi Maan painovoiman aiheuttama alaspäin suuntautuva voima ei vedä sinua kohti Maan keskustaa. Tämä johtuu siitä, että maa työntää sinua takaisin ylös - voima on liian suuri, jotta voit pudota sen läpi.
Maan voimalla on kuitenkin rajansa. Kuvittele valtava vuori, kuten Mount Everest, joka kasvaa ja kasvaa, kun planeetan levyt törmäävät toisiinsa. Kun Everest nousee yhä korkeammalle, hänen painonsa kasvaa siinä määrin, että hän alkaa roikkua. Lisäpaino työntää vuoren alas maan vaippaan rajoittaen sen korkeutta.
Jos maapallo koostuisi kokonaan valtamerestä, Everest yksinkertaisesti vajoaisi maan keskelle (syrjäyttäen kaiken läpi kulkevan veden). Kaikki alueet, joilla vettä oli erittäin runsaasti, vajosivat alaspäin Maan painovoiman vaikutuksesta. Alueet, joilla vettä oli äärimmäisen niukasti, täyttyisivät muualta puristetulla vedellä, mikä teki kuvitteellisesta Maan valtamerestä täydellisen pallomaisen.
Mutta asia on, painovoima on itse asiassa yllättävän heikko. Esineen on oltava erittäin suuri, ennen kuin se voi käyttää tarpeeksi voimakasta vetovoimaa voittamaan materiaalin lujuuden, josta se on valmistettu. Siksi pienillä kiinteillä esineillä (halkaisijaltaan metrejä tai kilometrejä) on liian heikko vetovoima saadakseen pallomaisen muodon.
Kun esine kasvaa tarpeeksi suureksi, jotta painovoima voittaa – voittaa materiaalin voiman, josta se on valmistettu – se pyrkii vetämään kaiken esineen materiaalin pallomaiseen muotoon. Liian korkeat esineen osat vedetään alas ja niiden alla oleva materiaali siirtyy, jolloin liian matalat osat työntyvät ulos.
Kun pallomainen muoto on saavutettu, sanomme, että esine on "hydrostaattisessa tasapainossa". Mutta kuinka voimakas kohteen tulee olla hydrostaattisen tasapainon saavuttamiseksi? Se riippuu siitä, mistä se on tehty. Vain nestemäisestä vedestä koostuva esine selviytyy helposti tästä tehtävästä, koska sillä ei itse asiassa ole voimaa - vesimolekyylit liikkuvat helposti.
Samaan aikaan puhtaasta raudasta tehdyn esineen pitäisi olla paljon massiivisempi, jotta sen painovoima voittaisi raudan sisäisen voiman. Aurinkokunnassa tarvittava kynnyshalkaisija, jotta jäinen esine muuttuisi pallomaiseksi, on vähintään 400 km, ja pääosin vahvemmasta materiaalista koostuvilla esineillä tämä kynnys on vielä suurempi. Saturnuksen kuu Mimas on muodoltaan pallomainen ja halkaisijaltaan 396 km. Tällä hetkellä se on pienin meille tunnettu esine, joka voi täyttää nämä kriteerit.
Mutta kaikki muuttuu monimutkaisemmaksi, jos muistat, että kaikilla esineillä on taipumus pyöriä tai liikkua avaruudessa. Jos esine pyörii, sen päiväntasaajalla (pisteen puolivälissä kahden navan välinen piste) on hieman vähemmän vetovoimaa kuin napojen lähellä.
Tämän seurauksena hydrostaattisessa tasapainossa odotettavissa oleva täysin pallomainen muoto siirtyy "litistetyksi sferoidiksi" - kun kohde on leveämpi päiväntasaajalla kuin navoilla, tämä pätee erityisesti maapallollemme. Mitä nopeammin kohde pyörii avaruudessa, sitä dramaattisempi tämä vaikutus. Saturnus, joka on vähemmän tiheä kuin vesi, pyörii akselinsa ympäri kymmenen ja puolen tunnin välein (verrattuna Maan hitaampaan 24 tunnin kiertokulkuun). Tämän seurauksena se on paljon vähemmän pallomainen kuin Maa. Saturnuksen päiväntasaajan halkaisija on hieman yli 120 500 km ja sen napahalkaisija hieman yli 108 600 km. Tämä on lähes 12 tuhatta km eroa!
Jotkut tähdet ovat vieläkin äärimmäisempiä. Kirkas tähti Altair on yksi tällainen omituisuus. Se pyörii noin 9 tunnin välein. Se on niin nopea, että sen ekvatoriaalinen halkaisija on 25 % suurempi kuin napojen välinen etäisyys!
Yksinkertaisesti sanottuna syy siihen, että suuret tähtitieteelliset esineet ovat pallomaisia (tai lähes pallomaisia), johtuu siitä, että ne ovat tarpeeksi massiivisia, jotta niiden vetovoima voi voittaa materiaalin, josta ne on valmistettu, lujuuden.
Lue myös:
- Uudenlainen supernova on löydetty: se on yhdistelmä kuolevasta tähdestä ja sen seuralaisesta
- Ei tähti eikä planeetta: tiedemiehet ovat löytäneet Linnunradalta oudon ruskean kääpiön