大多數天體爲什麼是球形的?不會是轉起來方便吧!

大多數天體為什麼是球形的?不會是轉起來方便吧!

大多數天體為什麼是球狀的?不會是轉起來方便吧!從科學數據顯示一般只有達到某個直徑上限的天體才具有球形狀態,這個值取決於天體本身的物質性質,如土衛一就是一個很好的例子,為太陽系岩石球體中最小的。簡單的說下,這和引力勢能的差值(質量)以及流體靜力平衡相關,本文將為您簡略介紹下。首先我們來了解下我們最為熟悉而陌生的太陽,它不僅僅是球形,而且非常接近於圓球,估計扁率只有900萬分之一,這意味著極直徑和赤道直徑的差別不到10千米(不是圓形,主要是自轉),這和它的直徑約140萬千米比起來,都不算什麼了。我們再來看看我們的月亮,估計扁率約為0.0012,地球為0.003。

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我們前言所提到了土衛一,它目前是我們發現的太陽系最小的岩石球體,也就是可以根據自身的引力以及自轉形成球體。土衛一的直徑大約為400千米,自轉週期大約22小時。但是比這個小的天體,卻不是球形的了。比如土衛七,形狀詭異,其直徑約為270千米,自轉週期為混沌狀態。又如木衛五,直徑約為200千米,其形狀也是不規則的。如果比土衛一直徑大的話,那麼天體就成球形了。如土衛二,直徑約為500千米,形狀為球體。如果太陽系天體的質量大於10的21次方千克,那麼已知或預期天體就會近似球形。

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當天體質量的引力足以克服其自身材料的結構強度時天體就會不受約束的形成球形(橢球體),從而達到流體靜力學平衡。流體靜力平衡簡介在流體力學中,當流體靜止時,或者當每個點處的流速隨時間恆定時,流體被認為處於流體靜力平衡或靜水壓平衡。當重力等外力通過壓力梯度力平衡時,會發生這種情況。例如,壓力梯度力可防止重力使地球大氣層坍塌成薄而緻密的外殼體,而重力則可以阻止壓力梯度力將大氣擴散到太空中。流體靜力學平衡是矮行星與太陽系小天體的現行區分標準,在天體物理學和行星地質學中有其他作用。

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這種限定通常意味著物體被對稱地圓化成球體或橢球體,其中任何不規則的表面特徵是由於相對薄的固體地殼造成的。在太陽系中,目前具備該條件的天體有32顆,已經得到觀測證實(除了太陽外),其中有7顆天體幾乎是可以確定的,但是還有100顆或更多的候選者。在恆星的任何給定層中,從下方(核心)向外的熱壓(輻射)和上面物質向內擠壓的引力之間存在一個流體靜力學平衡。各向同性引力場將恆星壓縮成最緊湊的形狀。當達到一定的(臨界)角速度時,在靜力平衡下旋轉的恆星迴形成一個扁圓球體。這種現象的一個極端例子是恆星織女一,它的旋轉週期為12.5小時。因此,織女一在赤道處的直徑比兩極處的要大約20%左右。

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根據國際天文聯會的行星定義,行星有足夠的質量能以自身的重力達到流體靜力平衡的狀態,這意味著它們的形狀要成為球形,或類球形。人們一直認為,直徑大於大約400公里的冰天體通常處於流體靜力平衡狀態,而那些小於此直徑的冰天體則沒有。冰凍物體需要比岩石物體更小的靜水平衡質量。已知具有平衡形狀的最小天體是直徑約397公里的冰衛星土衛一。然而,土衛一實際並不處於流體靜力平衡中。已知能夠確認處於靜水平衡的最小天體是直徑約945公里的矮行星穀神星,而已知未處於靜水平衡的最大天體是直徑約1470公里的冰衛星土衛八。要注意穀神星是球體,但是古柏帶的妊神星比穀神星重數倍,卻是太陽系內已知最大的非球體天體,因為他被快速的自轉拉成了橢球體。


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