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为什么可见天体基本都是球体

2024-03-24周小烦

青年文摘(彩版) 2024年4期
关键词:球体势能小行星

周小烦

为什么宇宙中我们能看到的大部分天体,都是球体?这是因为有一双无形的大手将它们揉捏而成,这双大手就叫作“万有引力”。

引力会产生一定的能量,叫作“引力势能”,形状为球形时物体的表面势能最小,系统也最稳定,这就是“最小势能原理”。要知道,宇宙中的天体都是些懒家伙,能在低能量状态待着,就绝不愿意在高能量状态待着。

举个例子,假设现在有一位个性天体,非得把自己凹成正方体,那么由于它表面各部分物质与中心点的距离不一样,各个点的引力势能势必有较大差异。这时,正方体家伙儿发现,要维持这种不均衡的状态,比较费劲。于是,它伸个懒腰,把各个顶点附近的物质慢慢往中心捏,就跟我们揉元宵一样,哪里不圆揉哪里,最后就把自己捏成了一个球体。它发现,还是这样待着最舒服,消耗的能量最小。

这个道理在液态物质中同样成立,假设在一个不受任何外力干扰的环境中,放入一个水滴,那么最终这个水滴将达到最佳平衡点,变成一个完美的球形。不知大家有没有看过“天宫课堂”,那里面飘浮在空中的水滴就是完美球体。

不过,在太阳系,目前发现的实际只有太阳、八大行星、矮行星以及一些行星的卫星等几十颗天体是球体,而更多的天体——火星和木星轨道之间的小行星带、柯伊伯带、奥尔特星云,里面有至少有数亿颗小行星、彗星,都不是球体。这是因为它们的体积和质量太小,引力不够大,不足以克服其物质机械强度,自然无法形成球体。

当然,并不存在完美的球体,因为自转会使天体两极的位置变平、赤道变宽,逐渐成为一个扁球体,比如地球。如果转得更快,天体会变得更扁,木星自转一圈仅仅需要9.9小时,它就是一个椭圆天体。最夸张的是轩辕十四A,它赤道处的旋转速度是太阳的152倍,已被甩成极端的扁球体,科学家估计它的旋转速度再快10%,就会被自己的离心力撕得粉碎。而我们的太阳由于质量非常大,自轉非常慢,所以几乎是一个完美的球体。

(本刊原创稿)

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