为什么行星是圆的?

2025年2月6日 | 阅读6分钟

从我们太阳系中的主要行星到太阳本身,大多数天体都是球形的。但为什么行星是圆的,近乎球形的呢?行星之所以呈这种形状的简短答案是简单的引力!引力是塑造宇宙的主要因素,导致了行星、恒星和星系的形成。它跨越长距离作用,没有首选方向。

Why Are Planets Round?

引力从四面八方吸引物质,这些物质聚集在一起形成一个从所有方向看起来都相同的圆形。满足所有这些要求的形状是球形。行星并非完美圆形。引力确实是使行星形成圆形形状的力量,但它也会造成轻微的扭曲。因此,虽然我们通常称这些天体为圆形,但由于引力的影响,它们在技术上是“近乎球形”的。

为什么行星是固态的?

行星由于围绕其轴旋转而变得中部肥胖。一个**“旋转木马”(Chairoplane)**的离心力是理解行星自转如何导致其隆起,使其不完美圆形的简单方法。

考虑一下**“旋转木马”(Chairoplane)**,这是一种游乐场游乐设施,许多椅子从中央圆盘悬挂下来。当圆盘开始旋转时,椅子会抬起并向外远离中心或远离旋转中心。唯一阻止椅子飞走的是链条。行星在旋转时也会经历同样的现象。

引力将一切向内拉,而旋转速度则将一切向外推。当行星绕其轴旋转时,它会在中部变宽,就像游乐设施上的椅子向外移动一样。行星隆起大小的一个重要因素是其旋转速度。地球以 24 小时自转,隆起约 0.3%。木星每 10 小时自转一次,隆起 0.7%。

Why Are Planets Round?

金星完成一次自转需要 243 个地球日,但没有任何明显的隆起。美国宇航局(NASA)的**太阳动力学天文台 (SDO)**的数据显示,尽管**太阳赤道处以 35 公里/小时的速度快速旋转,**但对其隆起的测量发现其低于预期——实际上几乎看不见。这是恒星的正常现象吗?SDO 最近才对太阳进行了测量。**我们恒星的光芒和旋转的表面使其难以确定其边缘。**对另一颗恒星这样做更加困难,尽管**天鹰座的牛郎星(Altair),其旋转速度高达 240 公里/秒,**已被测量并发现有隆起。那么,为什么太阳在旋转时没有隆起呢?嗯,这仍然是个谜。一些理论正在提出,但目前证据很少。有人认为太阳缺乏隆起将是未来大量研究的重点,这表明我们仍可能在天文方面遇到一些惊喜。

圆形行星的起源

引力导致所有行星都是圆形的。当我们的太阳系形成时,引力将数十亿的气体和尘埃聚集成团,这些团越来越大,直到它们变成行星。这些粒子的碰撞加热并熔化了新形成的行星。引力将这种熔化的物质向行星中心推,形成了球体。

后来,随着行星冷却,它们保持球形。行星会旋转,所以它们不是完全的球形。旋转力会抵消引力,导致许多行星在赤道处更向外膨胀。引力将这种熔化的物质向行星中心拉,形成了近乎球形的圆形天体。

圆形行星的形成

行星是一个巨大、圆形、非恒星或其残骸的天体。星云假说,该假说认为一个星际云在星云中坍塌,形成一个年轻的原恒星,并被一个原行星盘绕,这是最著名的行星形成理论。行星在盘状物质中通过一种称为吸积的过程形成,在这个过程中,引力随着时间的推移稳定地聚集和压实物质。太阳系包含八个著名的行星:类地行星**水星、金星、地球**和火星,以及巨行星**木星、土星、天王星**和**海王星。**

“行星”一词可能源自希腊语**planḗtai,**意为**“流浪者”。**在古代,这个词指的是太阳、月亮和在星空背景下移动的五颗可见行星:水星、金星、火星、木星和土星。行星历来具有宗教意义,各种社会将天体与神联系起来。

这些神话联系依然存在,影响着新发现的太阳系天体的命名。在 16 世纪和 17 世纪,**日心说**取代了**地心说**,认识到地球是一颗行星。望远镜扩大了行星的定义,包括仅通过望远镜才能看到的天体。

太空中的物体为什么是圆的?

天文学家可以使用地球和太空中的望远镜观测宇宙的遥远区域。无论行星有多远或有多奇怪,太空中的一个现象似乎是真的:很多物质都是球形的。那么是什么让这些天体呈圆形呢?答案仍然是引力。“令人惊讶的是,我们知道太空中有很多东西是圆的,”美国宇航局(NASA)位于加州喷气推进实验室的**系外行星探索计划**的天体物理学家 Anjali Tripathi 说。

引力的圆形效应是由自引力或物体(在此情况下是天体)作用于自身的引力引起的。当行星甚至卫星积累了足够的质量时,其自引力会将其拉成球形。宇宙中的天体是在大约 137 亿年前的宇宙大爆炸之后形成的。巨大、甜甜圈状尘埃云中的微小尘埃颗粒开始碰撞。根据 NASA 的说法,如果碰撞足够温和,尘埃颗粒就会合并。一次又一次的碰撞导致了滚雪球效应:年轻行星获得的质量越多,其引力就越强,吸引的物质就越多。

Why Are Planets Round?

欧洲空间局(European Space Agency)ESAC 科学数据核心(ESAC Science Data Core)的负责人、天文学家**Bruno Merín**表示,天体将继续转移物质,直到达到平衡状态,在这种状态下,所有点都尽可能靠近中心。

Merín 表示,在太空中能够达到这种平衡的唯一形状是球体。尽管宇宙中充满了球体,但太空中的许多天体甚至不接近球形。小行星和彗星可以有任何形状,受碰撞和星际旋转的影响。火星有一颗土豆形状的卫星,名为**火卫一(Phobos);**事实上,在太阳系近 300 颗已知卫星中,只有大约 20 颗是通常预期的球形,其余的则更不规则。

Anjali Tripathi 表示,这些天体呈非球形的原因是它们的质量较低,导致引力不足以使其形状变得平滑。

结论

总之,行星和其他天体的球形主要是由引力引起的,引力将物质均匀地推向中心。这个过程发生在这些天体的形成过程中,碰撞和质量积累产生了足够的引力,将它们塑造成大致的球形。

然而,**旋转力会导致行星隆起,使其略呈扁球形,而不是完全球形。**虽然引力确保了较大的天体呈球形,但较小的实体,如小行星和卫星,由于质量不足以抵消形状扭曲,有时仍保持不规则形状。