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星球為什麽都是圓的,宇宙這麽大,沒有其它形狀的星球?

2024-02-09科學

星球在我們的夜空中閃爍著光芒,無論大小,似乎都遵循著一個共通的規律——它們大多數都是圓形的,這現象不禁引人深思: 為什麽宇宙中的星球多為圓形?

要理解這一現象,我們可以將星球的形成過程比作制作棉花糖,在星球形成之初,它們可能並不是圓形的,隨著時間的推移, 星球透過重力逐漸吸引了周圍的小物質,並在旋轉過程中將這些物質重新排列。

由於星球在該方向上的重力相對均勻,這些物質逐漸被塑造成了球體形狀,在恒星的世界裏,由於它們表面的溫度極高,通常都在上千度,使得所有的物質都以氣態形式存在, 氣體在各個方向上的擴散程度相似,且受到萬有重力的控制。在這兩種力量的平衡作用下,恒星的外表形成了圓球形。

而對於行星來說,盡管它們是固態表面,但最初也是由熾熱的熔融物質組成,行星的自轉使得它們的形狀趨向於球形,然而在浩瀚的宇宙中, 是否真的只有球狀的星球存在呢?

我們先排除那些 不屬於行星範疇的小型天體,如小行星和彗星, 宇宙中幾乎沒有非球狀的星球,這是因為恒星和行星內部的重力處於一種均衡狀態, 除非星球內部的重力發生改變,導致各方向上的重力不再一致,否則自然形成的星球不太可能出現其他形狀。

不過,許多星球的真實形狀更接近橢圓形,雖然根據萬有重力定律,一個星球的重力越大,其形狀就越趨近於圓形,但有些星球的自轉速度非常快,這導致了自轉產生的離心力在不同位置有所差異。

行星赤道附近的離心力從赤道向兩極逐漸減弱,這意味著極地地區的離心力較小,這種差異使得行星的形狀變成了類似橢圓形,所以宇宙中的天體並非完美球體, 它們的形狀在一定程度上反映了各自的誕生過程,無論是恒星還是行星,最初都源自於星雲。

有不規則的星球嗎?

星雲物質向中心塌縮時沿著測地線運動,這種運動伴隨著星雲的旋轉,使得最終形成的恒星繼承了星雲的旋轉特性,從而呈現出自轉現象, 不過恒星的自轉速度各有不同,這也影響了它們最終的形狀。

星雲物質的塌縮過程中,核聚變產生的向外膨脹力與重力導致的向內塌縮力相互抗衡,形成了恒星的基本結構,與此同時,恒星的自轉所產生的「離心力」也在一定程度上影響著恒星的大小和形狀。

例如,太陽的自轉周期約為一個月, 這使得太陽南北極與赤道處的直徑相差約10千米,誤差約為1/14萬。

而織女星的自轉周期僅為12.5小時,導致其赤道直徑較兩極大出約20%,這是一個較為極端的例子,即使在太陽系內自轉速度較快的木星,也無法與之相比, 對於行星而言,情況則有所不同,行星表面主要由固體巖石構成。

例如,火星的奧林匹斯山高達20千米,盡管在火星6794千米的直徑中並不算顯著,但它足以證明從行星階段起,天體的形狀就開始變得不規則。

矮行星和小行星的形狀更是五花八門, 矮行星雖然超過了流體靜力平衡所需的500千米直徑標準,但仍然可能出現非球形特征,至於小行星,它們的形狀更是多種多樣, 如小行星帶中的靈神星就擁有獨特的雙隕石坑結構,仿佛兩顆「眼睛」。

在歷史的長河中,人們對地球形狀的認識經歷了漫長的探索過程,14世紀的學者們曾就地球的形狀展開激烈討論,各種觀點層出不窮,包括正方形、圓形、六邊形等。

但最具影響力的觀點是天圓地方,這一觀念在相當一段時間內主導了人們的認識, 直至1519年,麥哲倫率領船隊完成了環球航行,才最終證實了地球的球形,隨著科技進步,人們逐漸認識到除了地球之外,其他行星如火星、木星等也都是近似球形。

這是由於星球的定義包含了若幹條件: 必須圍繞恒星運轉,具備足夠的重力使其呈球狀,並能清除其軌域附近的其它物體。

恒星如太陽之所以能形成球狀,是由於其極高的溫度使得物質只能以氣態存在,氣體在各個方向的擴散距離相同,受到內部重力均勻,最終形成了球狀外表,而行星則因表面主要由固體物質構成,形狀相對不規則。

宇宙中天體的形狀受到多種因素的影響, 從星雲到小行星,形狀各異,各具特色,這些形狀不僅反映了天體的誕生過程,還揭示了宇宙的奧秘。

一種理論上極端的天體

宇宙的神秘面紗下隱藏著無數令人驚嘆的現象,其中最引人註目的莫過於超新星爆炸,超新星是一種極端的天體事件,發生在某些恒星的生命末期。

這些恒星的質素和體積遠超我們的太陽,當它們耗盡自身燃料後,便會以一種極為猛烈的方式結束自己的生命,超新星大致可以分為兩類: II型和I型。II型超新星是由質素較大的恒星在其生命周期結束時發生的劇烈爆炸,而I型超新星則源於一種特殊的雙星系統。

II型超新星,這類超新星的前身是質素達到太陽的8至25倍的恒星, 在這些恒星內部,氫原子透過聚變反應轉化為氦,這一過程釋放出大量能量,從而平衡了恒星內部重力帶來的壓力,使得恒星保持穩定的結構。

但隨著恒星內部燃料的逐漸耗盡,核聚變反應最終停止,恒星失去了對抗重力的力量, 導致其外層物質在不到一秒的時間內向內塌縮,撞擊到堅硬的內核,進而引發了壯觀的超新星爆發。

在II型超新星爆發過程中,恒星的內核可能會轉變為致密的中子星,或者如果恒星的質素足夠大,甚至會形成一個黑洞,超新星爆發還會產生一系列宇宙間密度最大的元素,並向外釋放出相當於幾百萬甚至幾十億顆恒星的能量。

接下來是I型超新星,這種類別的超新星較為罕見,它源自於一種特殊的雙星系統,在這個系統中,至少有一顆白矮星,即已死亡的恒星殘骸,從它的伴星那裏竊取物質,使其質素逐漸增加。

除此之外,因為Ia型超新星具有可預測的能量輸出,天文學家可以利用它們作為「標準燭光」來測量宇宙中的距離,這就可以根據觀測到的超新星亮度來計算它與我們的距離。

物理學家透過粒子加速器制造出了許多周期表上原本沒有的重元素,例如第117號元素Uus(Ununseptium)和第113號元素Uut(Ununtrium), 這些元素需要極大的能量才能制造出來,並且它們的半衰期極短,可能連一秒都不到。

超新星作為一種宇宙中的極端現象,不僅揭示了恒星演化的奧秘,還為我們提供了研究宇宙結構和演化的重要線索。