Když se podíváme na Sluneční soustavu, vidíme objekty všech velikostí, od drobných zrnek prachu po obří planety a Slunce. Společným znakem těchto objektů je, že velké objekty jsou (více či méně) kulaté a malé objekty mají nepravidelný tvar. Ale proč?
Odpověď na otázku, proč jsou velké objekty kulaté, spočívá v vlivu gravitace. Gravitační přitažlivost objektu je vždy směrována do středu jeho hmoty. Čím větší je objekt, tím je hmotnější a tím větší je jeho gravitační síla.
U pevných předmětů tato síla působí proti síle samotného předmětu. Například síla dolů, kterou pociťujete v důsledku zemské gravitace, vás netáhne směrem ke středu Země. Je to proto, že vás země tlačí zpět nahoru – síla příliš velká na to, abyste přes ni propadli.
Síla Země má však své meze. Představte si obrovskou horu, jako je Mount Everest, která se zvětšuje a zvětšuje, jak se desky planety vzájemně srážejí. Jak se Everest dostává výš a výš, její váha narůstá do takové míry, že začíná klesat. Dodatečná hmotnost stlačí horu dolů do zemského pláště a omezí její výšku.
Pokud by se Země skládala výhradně z oceánu, Everest by jednoduše klesl do samého středu Země (vytlačil by veškerou vodu, kterou projde). Jakékoli oblasti, kde bylo extrémně hojné množství vody, by klesaly pod vlivem zemské gravitace. Oblasti, kde byla voda extrémně vzácná, by se zaplnila vodou vytlačenou odjinud, čímž by se pomyslný Země-oceán stal dokonale kulovitým.
Ale věc se má tak, že gravitace je ve skutečnosti překvapivě slabá. Objekt musí být velmi velký, než může vyvinout dostatečně silnou gravitační sílu, aby překonal sílu materiálu, ze kterého je vyroben. Proto mají malé pevné objekty (v průměru metry nebo kilometry) příliš slabou gravitační přitažlivost na to, aby získaly kulový tvar.
Když se objekt stane dostatečně velkým, že zvítězí gravitace – překoná sílu materiálu, ze kterého je vyroben – bude mít tendenci stáhnout veškerý materiál objektu do kulového tvaru. Části předmětu, které jsou příliš vysoké, budou staženy dolů, přemístí materiál pod nimi, což způsobí, že části, které jsou příliš nízké, budou vytlačeny.
Když je dosaženo kulového tvaru, říkáme, že objekt je v "hydrostatické rovnováze". Ale jak silný musí být objekt, aby dosáhl hydrostatické rovnováhy? Záleží na tom, z čeho je vyroben. Předmět sestávající pouze z kapalné vody se s tímto úkolem snadno vyrovná, protože ve skutečnosti nemá žádnou sílu - molekuly vody se snadno pohybují.
Mezitím by objekt vyrobený z čistého železa musel být mnohem masivnější, aby jeho gravitace překonala vnitřní sílu železa. Ve Sluneční soustavě je práhový průměr nutný k tomu, aby se ledový objekt stal sférickým, nejméně 400 km a u objektů sestávajících převážně z pevnějšího materiálu je tento práh ještě větší. Saturnův měsíc Mimas má kulový tvar a průměr 396 km. V současnosti se jedná o nejmenší nám známý objekt, který může tato kritéria splňovat.
Vše se ale zkomplikuje, pokud si pamatujete, že všechny objekty mají tendenci se v prostoru otáčet nebo se pohybovat. Pokud se objekt otáčí, místa na jeho rovníku (bod uprostřed mezi dvěma póly) zažívají o něco menší gravitační sílu než místa poblíž pólů.
Výsledkem je, že dokonale kulový tvar, který by se očekával v hydrostatické rovnováze, se posouvá na to, co je známé jako "zploštělý sféroid" - když je objekt širší na rovníku než na pólech, zejména to platí pro naši Zemi. Čím rychleji se objekt v prostoru otáčí, tím je tento efekt dramatičtější. Saturn, který má menší hustotu než voda, se otáčí kolem své osy každých deset a půl hodiny (ve srovnání s pomalejším 24hodinovým cyklem Země). V důsledku toho je mnohem méně kulovitý než Země. Rovníkový průměr Saturnu je něco málo přes 120 500 km a jeho polární průměr je něco přes 108 600 km. To je rozdíl téměř 12 tisíc km!
Některé hvězdy jsou ještě extrémnější. Jasná hvězda Altair je jednou z takových zvláštností. Otočí se jednou za cca 9 hodin. Je tak rychlý, že jeho rovníkový průměr je o 25 % větší než vzdálenost mezi póly!
Jednoduše řečeno, důvodem, proč jsou velké astronomické objekty sférické (nebo téměř sférické), je to, že jsou dostatečně masivní, aby jejich gravitační síla překonala sílu materiálu, ze kterého jsou vyrobeny.
Přečtěte si také:
- Byl objeven nový typ supernovy: jedná se o kombinaci umírající hvězdy a jejího společníka
- Ani hvězda, ani planeta: vědci objevili v Mléčné dráze podivného hnědého trpaslíka