Kui vaatame Päikesesüsteemi, näeme igas suuruses objekte, alates pisikestest tolmuteradest kuni hiiglaslike planeetide ja Päikeseni. Nende objektide ühine tunnus on see, et suured objektid on (enam-vähem) ümarad ja väikesed objektid on ebakorrapärase kujuga. Aga miks?
Vastus küsimusele, miks suured objektid on ümarad, taandub gravitatsiooni mõjule. Objekti gravitatsiooniline külgetõmme on alati suunatud selle massi keskpunkti poole. Mida suurem on objekt, seda massiivsem see on ja seda suurem on selle gravitatsioon.
Tahkete objektide puhul vastandub see jõud objekti enda jõule. Näiteks allapoole suunatud jõud, mida tunnete Maa gravitatsiooni tõttu, ei tõmba teid Maa keskpunkti poole. Põhjus on selles, et maapind surub teid üles tagasi – jõud on liiga suur, et saaksite sellest läbi kukkuda.
Maa võimsusel on aga omad piirid. Kujutage ette tohutut mäge, näiteks Mount Everesti, mis muutub planeedi plaatide üksteisega kokkupõrkes aina suuremaks. Kui Everest tõuseb ja kõrgemale tõuseb, suureneb tema kaal sedavõrd, et ta hakkab longu vajuma. Lisaraskus surub mäe alla Maa vahevöö sisse, piirates selle kõrgust.
Kui Maa koosneks täielikult ookeanist, vajuks Everest lihtsalt Maa keskpunkti (tõrjudes välja kogu vee, mida see läbib). Kõik alad, kus vesi oli äärmiselt rikkalik, vajuksid Maa gravitatsiooni mõjul allapoole. Piirkonnad, kus vett oli äärmiselt vähe, täitusid mujalt välja pigistatud veega, muutes kujuteldava Maa-ookeani täiesti sfääriliseks.
Kuid asi on selles, et gravitatsioon on tegelikult üllatavalt nõrk. Objekt peab olema väga suur, enne kui see suudab avaldada piisavalt tugevat gravitatsioonitõmmet, et ületada selle materjali tugevus. Seetõttu on väikestel tahketel objektidel (läbimõõt meetrite või kilomeetrite) liiga nõrk gravitatsiooniline külgetõmme, et omandada sfääriline kuju.
Kui objekt muutub piisavalt suureks, et gravitatsioon võidab – ületab materjali jõu, millest see on valmistatud –, kipub see tõmbama kogu objekti materjali sfääriliseks kujuks. Liiga kõrged objekti osad tõmmatakse alla, nihutades nende all oleva materjali, mistõttu liiga madalad osad võivad välja lükata.
Kui sfääriline kuju on saavutatud, ütleme, et objekt on "hüdrostaatilises tasakaalus". Kuid kui võimas peab objekt olema hüdrostaatilise tasakaalu saavutamiseks? Oleneb millest see tehtud on. Ainult vedelast veest koosnev objekt saab selle ülesandega hõlpsasti hakkama, kuna sellel pole tegelikult jõudu – veemolekulid liiguvad kergesti.
Samal ajal peaks puhtast rauast valmistatud ese olema palju massiivsem, et selle gravitatsioon saaks üle raua sisemisest jõust. Päikesesüsteemis on jääobjekti kerakujuliseks muutumiseks vajalik läve läbimõõt vähemalt 400 km, peamiselt tugevamast materjalist koosnevatel objektidel on see lävi veelgi suurem. Saturni kuu Mimas on sfäärilise kujuga ja 396 km läbimõõduga. Praegu on see meile teadaolevalt väikseim objekt, mis suudab nendele kriteeriumidele vastata.
Kuid kõik muutub keerulisemaks, kui mäletate, et kõik objektid kalduvad ruumis pöörlema või liikuma. Kui objekt pöörleb, on selle ekvaatori (kahe pooluse vaheline punkt) gravitatsiooniline tõmbejõud veidi väiksem kui pooluste läheduses.
Selle tulemusel nihkub hüdrostaatilises tasakaalus eeldatav täiuslikult sfääriline kuju nn "lapitud sferoidiks" - kui objekt on ekvaatoril laiem kui poolustel, kehtib see meie Maa kohta. Mida kiiremini objekt ruumis pöörleb, seda dramaatilisem on see efekt. Saturn, mis on veest vähem tihe, pöörleb ümber oma telje iga kümne ja poole tunni järel (võrreldes Maa aeglasema 24-tunnise tsükliga). Selle tulemusena on see palju vähem sfääriline kui Maa. Saturni ekvatoriaalne läbimõõt on veidi üle 120 500 km ja polaarläbimõõt on veidi üle 108 600 km. See on vahe peaaegu 12 tuhat km!
Mõned staarid on veelgi äärmuslikumad. Hele täht Altair on üks selline veidrus. See pöörleb umbes iga 9 tunni järel. See on nii kiire, et selle ekvatoriaalne läbimõõt on 25% suurem kui pooluste vaheline kaugus!
Lihtsamalt öeldes on põhjus, miks suured astronoomilised objektid on sfäärilised (või peaaegu sfäärilised), kuna need on piisavalt massiivsed, et nende gravitatsiooniline tõmbejõud ületaks nende materjali tugevuse.
Loe ka:
- Avastati uut tüüpi supernoova: see on kombinatsioon surevast tähest ja selle kaaslasest
- Ei täht ega planeet: teadlased avastasid Linnuteelt kummalise pruuni kääbuse