太陽系を見ると、小さな塵の粒子から巨大な惑星や太陽まで、あらゆるサイズの天体が見えます。 これらのオブジェクトに共通する特徴は、大きなオブジェクトは (多かれ少なかれ) 丸く、小さなオブジェクトは不規則な形をしていることです。 しかし、なぜ?
なぜ大きな物体が丸いのかという疑問に対する答えは、重力の影響に帰着します。 物体の引力は常にその質量の中心に向かっています。 物体が大きければ大きいほど、質量が大きくなり、引力が大きくなります。
固体オブジェクトの場合、この力はオブジェクト自体の力に対抗します。 たとえば、地球の重力によって感じる下向きの力は、地球の中心に向かって引っ張ることはありません。 これは、地面があなたを押し戻そうとしているためです。力が強すぎて、地面から落ちることはできません。
しかし、地球の力には限界があります。 エベレストのような巨大な山が、地球のプレートが互いに衝突するにつれてどんどん大きくなっていく様子を想像してみてください。 エベレストが高くなるにつれて、彼女の体重はたるみ始めるほどに増加します。 追加の重量は、山を地球のマントルに押し下げ、高さを制限します。
地球が完全に海で構成されている場合、エベレストは単に地球の中心に沈みます (通過するすべての水を押しのけます)。 水が非常に豊富な地域は、地球の重力の影響で下に沈みます。 水が極端に不足している地域は、他の場所から押し出された水で満たされ、架空の地球と海は完全に球状になります。
しかし、実際には、重力は驚くほど弱いのです。 物質の強度を超える十分な重力を加えるには、物体は非常に大きくなければなりません。 したがって、小さな固体 (直径数メートルまたは数キロメートル) は重力が弱すぎて球形を形成できません。
オブジェクトが十分に大きくなり、重力が勝つ (それを構成する材料の力に打ち勝つ) と、オブジェクトのすべての材料を引っ張って球形にする傾向があります。 高すぎるオブジェクトの部分は引き下げられ、その下のマテリアルが移動し、低すぎる部分が押し出されます。
球形になったとき、その物体は「静水圧平衡」にあると言えます。 しかし、静水圧平衡を達成するには、物体はどの程度強力でなければならないのでしょうか? それはそれが何でできているかによって異なります。 液体の水だけで構成されるオブジェクトは、実際には力を持たないため、このタスクに簡単に対処できます。水分子は簡単に移動します。
一方、純鉄でできた物体は、その重力が鉄の内力に打ち勝つために、はるかに重くなければなりません。 太陽系では、氷のような物体が球形になるために必要な直径の閾値は少なくとも 400 km であり、主により強い物質で構成される物体の場合、この閾値はさらに大きくなります。 土星の衛星ミマスは球形をしており、直径は 396 km です。 現在、これらの基準を満たすことができるのは、私たちが知っている最小のオブジェクトです。
しかし、すべてのオブジェクトが空間内で回転または移動する傾向があることを覚えていると、すべてがより複雑になります。 オブジェクトが回転している場合、その赤道 ( つの極の中間点) にある場所は、極に近い場所よりも重力がわずかに小さくなります。
その結果、静水圧平衡で期待される完全な球形は、「平らな回転楕円体」として知られる形に変化します。これは、物体が極よりも赤道で広い場合、特に地球に当てはまります。 オブジェクトが空間で回転する速度が速ければ速いほど、この効果は劇的になります。 水より密度が低い土星は、24 時間半ごとに軸を中心に回転します (地球の 120 時間周期と比較して)。 その結果、地球よりもはるかに球形ではありません。 土星の赤道直径は 500 km 強で、極直径は 108 km 強です。 これは、ほぼ600 kmの違いです。
一部の星はさらに極端です。 明るい星アルタイルは、そのような奇妙なものの 9 つです。 約25時間で回転します。 その赤道直径は極間の距離よりも % 大きいほど高速です。
簡単に言えば、大きな天体が球形 (またはほぼ球形) である理由は、天体の重力が、それらを構成する材料の強度を超えるほど十分に大きいためです。
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