为什么宇宙中的天体都是圆的?科学推测其实环形也可以
这漫天的星辰,每一颗都是太阳!
当我们抬头仰望星空的时候,你也许会产生这样的疑问:它们是什么,距离我们有多远,有没有外星人?这些问题自然而然地就出现在我们的脑海里。
除此以外,是否思考过这样一个问题:夜幕中的星河鹭起,为什么它们都是圆的?这是什么原理?可不可以是别的形状?
不仅如此,如果你对比一下各种星球,你会发现:星球的质量越大,它的形状就越圆。我们可以从各个星球的最高山峰上看出一些端倪。
月球的直径为3476千米,最高峰为 莱布尼兹山,高度达到9840米,占比0.28%。
火星的直径为6779千米,最高峰为 奥林帕斯山,高度为21171米,占比0.31%。
地球的直径为12756千米,最高峰为珠穆朗玛峰,高度为8848米,0.07%。
对一些极端天体来说,这个数字会更极端:
白矮星上的最高峰不会超过1厘米。
中子星上的最高峰不会超过1毫米。
在这几个例子里,哪怕是看上去最不圆的火星,它的圆润程度也远远超过一颗兵乓球。
其中的原理很复杂,但是核心原理就是: 最小势能原理 。对一个物体而言,当其为球形时,它处于表面势能最小的状态,处于这个状态下的物体最稳定。对一个系统而言:如果它的状态不稳定,那么它就会自发地朝着最稳定的方向发展——达到相对最小势能状态。
对宏观物质而言,电磁力和引力是塑造出物体形状的根本原因,这与其质量相关。 电磁力主导:
对体积普遍较小的物质来说,比如我们生活里常见的塑料、泥巴、石头等物质,这些物质内部的电磁力远大于其自身的引力。
这些物质的形状之所以是这个样子,是由物质内部分子间的化学键所决定的,这些化学键之间的作用力就是电磁力,电磁力使得分子得以聚集在一起形成我们所看到的形状。
当然,我们必须要承认,分子之间也会产生万有引力,但是这个力实在太小,不及电磁力的万一。因此,分子间的引力无法对分子间的电磁力造成影响,所以物体不会因此发生化学键的断裂,也就不会改变形状。当然,外力的干涉也可以改变,但这就不是自然状态下的形状了。 万有引力主导
当物质的基本组成足够多,从一个小石头变成一颗巨大的星球后,这时候电磁力的大小没有变化,但是万有引力将变得非常巨大。此时,引力成为绝对的主宰,物质的形状也会因此发生改变,朝着最小势能状态发展。
在宏观天体内,再坚硬的物质也会变得像面团那样柔软,根据"最小势能原理",在时间的支援下,星球就会慢慢变成球形。这也正是为什么宇宙间大多数天体都是圆形的主要原因——引力决定形状。
有人可能会说,地球的表面明明是高低起伏的啊,还有着水流,石头,等各种可以移动的物质呀。当我们站在地球的视角上来看:在自然状态下,这些流动的物质也会慢慢朝着"低点"运动,引力会吸引这些物质去往更低的地方。久而久之,星球也就更加倾向于变成圆形了。
现代科学观测:我们的地球其实是一个两极略扁的"椭球",这又是为啥呢?这是因为地球的自转,以赤道上的一点为例,其速度能达到465米/秒,而在两极则为0。因此,自转产生的离心力在赤道最大,在南北两极最小,因此地球就成了一个"大肚子"。
如果星球自转速度更快,那星球就会变得更扁,这种现象在气态形行星身上更为明显,比如土星和木星,就是十足的椭球。
如果在此基础上进一步加快自转,星球最终会变成什么形状呢?科学家们预测,可能会变成一个环形,像"甜甜圈"那样。当然,这仅仅是科学家们的推测,到目前为止,科学家们已经发现了5000多颗地外行星和数不尽的恒星,暂时还没有发种形状的天体。
那这种理论中的天体可能会是怎样的呢?可查看:
假如地球变了形状:甜甜圈地球、立方体地球和空心地球杂谈
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