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星球为什么都是圆的,宇宙这么大,没有其它形状的星球?

2024-02-09科学

星球在我们的夜空中闪烁着光芒,无论大小,似乎都遵循着一个共通的规律——它们大多数都是圆形的,这现象不禁引人深思: 为什么宇宙中的星球多为圆形?

要理解这一现象,我们可以将星球的形成过程比作制作棉花糖,在星球形成之初,它们可能并不是圆形的,随着时间的推移, 星球通过引力逐渐吸引了周围的小物质,并在旋转过程中将这些物质重新排列。

由于星球在该方向上的引力相对均匀,这些物质逐渐被塑造成了球体形状,在恒星的世界里,由于它们表面的温度极高,通常都在上千度,使得所有的物质都以气态形式存在, 气体在各个方向上的扩散程度相似,且受到万有引力的控制。在这两种力量的平衡作用下,恒星的外表形成了圆球形。

而对于行星来说,尽管它们是固态表面,但最初也是由炽热的熔融物质组成,行星的自转使得它们的形状趋向于球形,然而在浩瀚的宇宙中, 是否真的只有球状的星球存在呢?

我们先排除那些 不属于行星范畴的小型天体,如小行星和彗星, 宇宙中几乎没有非球状的星球,这是因为恒星和行星内部的引力处于一种均衡状态, 除非星球内部的引力发生改变,导致各方向上的引力不再一致,否则自然形成的星球不太可能出现其他形状。

不过,许多星球的真实形状更接近椭圆形,虽然根据万有引力定律,一个星球的引力越大,其形状就越趋近于圆形,但有些星球的自转速度非常快,这导致了自转产生的离心力在不同位置有所差异。

行星赤道附近的离心力从赤道向两极逐渐减弱,这意味着极地地区的离心力较小,这种差异使得行星的形状变成了类似椭圆形,所以宇宙中的天体并非完美球体, 它们的形状在一定程度上反映了各自的诞生过程,无论是恒星还是行星,最初都源自于星云。

有不规则的星球吗?

星云物质向中心坍缩时沿着测地线运动,这种运动伴随着星云的旋转,使得最终形成的恒星继承了星云的旋转特性,从而呈现出自转现象, 不过恒星的自转速度各有不同,这也影响了它们最终的形状。

星云物质的坍缩过程中,核聚变产生的向外膨胀力与引力导致的向内坍缩力相互抗衡,形成了恒星的基本结构,与此同时,恒星的自转所产生的「离心力」也在一定程度上影响着恒星的大小和形状。

例如,太阳的自转周期约为一个月, 这使得太阳南北极与赤道处的直径相差约10千米,误差约为1/14万。

而织女星的自转周期仅为12.5小时,导致其赤道直径较两极大出约20%,这是一个较为极端的例子,即使在太阳系内自转速度较快的木星,也无法与之相比, 对于行星而言,情况则有所不同,行星表面主要由固体岩石构成。

例如,火星的奥林匹斯山高达20千米,尽管在火星6794千米的直径中并不算显著,但它足以证明从行星阶段起,天体的形状就开始变得不规则。

矮行星和小行星的形状更是五花八门, 矮行星虽然超过了流体静力平衡所需的500千米直径标准,但仍然可能出现非球形特征,至于小行星,它们的形状更是多种多样, 如小行星带中的灵神星就拥有独特的双陨石坑结构,仿佛两颗「眼睛」。

在历史的长河中,人们对地球形状的认识经历了漫长的探索过程,14世纪的学者们曾就地球的形状展开激烈讨论,各种观点层出不穷,包括正方形、圆形、六边形等。

但最具影响力的观点是天圆地方,这一观念在相当一段时间内主导了人们的认识, 直至1519年,麦哲伦率领船队完成了环球航行,才最终证实了地球的球形,随着科技进步,人们逐渐认识到除了地球之外,其他行星如火星、木星等也都是近似球形。

这是由于星球的定义包含了若干条件: 必须围绕恒星运转,具备足够的引力使其呈球状,并能清除其轨道附近的其它物体。

恒星如太阳之所以能形成球状,是由于其极高的温度使得物质只能以气态存在,气体在各个方向的扩散距离相同,受到内部引力均匀,最终形成了球状外表,而行星则因表面主要由固体物质构成,形状相对不规则。

宇宙中天体的形状受到多种因素的影响, 从星云到小行星,形状各异,各具特色,这些形状不仅反映了天体的诞生过程,还揭示了宇宙的奥秘。

一种理论上极端的天体

宇宙的神秘面纱下隐藏着无数令人惊叹的现象,其中最引人注目的莫过于超新星爆炸,超新星是一种极端的天体事件,发生在某些恒星的生命末期。

这些恒星的质量和体积远超我们的太阳,当它们耗尽自身燃料后,便会以一种极为猛烈的方式结束自己的生命,超新星大致可以分为两类: II型和I型。II型超新星是由质量较大的恒星在其生命周期结束时发生的剧烈爆炸,而I型超新星则源于一种特殊的双星系统。

II型超新星,这类超新星的前身是质量达到太阳的8至25倍的恒星, 在这些恒星内部,氢原子通过聚变反应转化为氦,这一过程释放出大量能量,从而平衡了恒星内部引力带来的压力,使得恒星保持稳定的结构。

但随着恒星内部燃料的逐渐耗尽,核聚变反应最终停止,恒星失去了对抗引力的力量, 导致其外层物质在不到一秒的时间内向内坍缩,撞击到坚硬的内核,进而引发了壮观的超新星爆发。

在II型超新星爆发过程中,恒星的内核可能会转变为致密的中子星,或者如果恒星的质量足够大,甚至会形成一个黑洞,超新星爆发还会产生一系列宇宙间密度最大的元素,并向外释放出相当于几百万甚至几十亿颗恒星的能量。

接下来是I型超新星,这种类型的超新星较为罕见,它源自于一种特殊的双星系统,在这个系统中,至少有一颗白矮星,即已死亡的恒星残骸,从它的伴星那里窃取物质,使其质量逐渐增加。

除此之外,因为Ia型超新星具有可预测的能量输出,天文学家可以利用它们作为「标准烛光」来测量宇宙中的距离,这就可以根据观测到的超新星亮度来计算它与我们的距离。

物理学家通过粒子加速器制造出了许多周期表上原本没有的重元素,例如第117号元素Uus(Ununseptium)和第113号元素Uut(Ununtrium), 这些元素需要极大的能量才能制造出来,并且它们的半衰期极短,可能连一秒都不到。

超新星作为一种宇宙中的极端现象,不仅揭示了恒星演化的奥秘,还为我们提供了研究宇宙结构和演化的重要线索。