Khi nhìn vào Hệ Mặt trời, chúng ta thấy các vật thể ở mọi kích cỡ, từ những hạt bụi nhỏ đến các hành tinh khổng lồ và Mặt trời. Đặc điểm chung của những vật thể này là vật thể lớn (nhiều hay ít) hình tròn, và vật thể nhỏ có hình dạng bất thường. Nhưng tại sao?
Câu trả lời cho câu hỏi tại sao các vật thể lớn có hình tròn lại chịu ảnh hưởng của lực hấp dẫn. Lực hút của một vật luôn hướng vào khối tâm của nó. Vật thể càng lớn thì khối lượng càng lớn và lực hấp dẫn của nó càng lớn.
Đối với vật rắn, lực này chống lại lực của chính vật đó. Ví dụ, lực đi xuống mà bạn cảm thấy do lực hấp dẫn của Trái đất không kéo bạn về phía trung tâm của Trái đất. Điều này là do mặt đất đang đẩy bạn lên phía sau - một lực quá lớn để cho phép bạn rơi qua nó.
Tuy nhiên, sức mạnh của Trái đất có giới hạn của nó. Hãy tưởng tượng một ngọn núi khổng lồ, chẳng hạn như đỉnh Everest, ngày càng lớn hơn khi các mảng của hành tinh va chạm vào nhau. Khi Everest ngày càng cao, trọng lượng của cô ấy tăng lên đến mức bắt đầu chảy xệ. Trọng lượng tăng thêm sẽ đẩy núi xuống lớp vỏ Trái đất, hạn chế chiều cao của nó.
Nếu Trái đất hoàn toàn bao gồm đại dương, Everest sẽ chỉ chìm xuống chính tâm Trái đất (dịch chuyển toàn bộ lượng nước mà nó đi qua). Bất kỳ khu vực nào mà nước cực kỳ dồi dào sẽ chìm xuống dưới tác động của lực hấp dẫn của Trái đất. Những khu vực cực kỳ khan hiếm nước sẽ chứa đầy nước được vắt từ nơi khác, khiến cho đại dương Trái đất tưởng tượng trở thành một hình cầu hoàn hảo.
Nhưng vấn đề là, lực hấp dẫn thực sự yếu một cách đáng ngạc nhiên. Một vật thể phải rất lớn trước khi nó có thể tác dụng một lực hấp dẫn đủ mạnh để khắc phục sức mạnh của vật liệu mà nó được tạo ra. Do đó, các vật rắn nhỏ (đường kính mét hoặc km) có lực hút hấp dẫn quá yếu để có được hình cầu.
Khi một vật thể trở nên đủ lớn để lực hấp dẫn thắng - vượt qua lực của vật liệu tạo ra nó - nó sẽ có xu hướng kéo tất cả vật chất của vật thể đó thành hình cầu. Các bộ phận của vật thể quá cao sẽ bị kéo xuống, làm dịch chuyển vật liệu bên dưới chúng, khiến các bộ phận quá thấp bị đẩy ra ngoài.
Khi đạt được dạng hình cầu, ta nói rằng vật thể ở trạng thái "cân bằng thủy tĩnh". Nhưng vật phải có lực tác dụng như thế nào để đạt được trạng thái cân bằng thủy tĩnh? Nó phụ thuộc vào những gì nó được làm bằng. Một vật thể chỉ bao gồm nước lỏng có thể dễ dàng đối phó với nhiệm vụ này, vì trên thực tế, nó không có lực - các phân tử nước có thể dễ dàng di chuyển.
Trong khi đó, một vật làm bằng sắt nguyên chất sẽ phải có khối lượng lớn hơn nhiều để trọng lực của nó thắng được nội lực của sắt. Trong Hệ Mặt trời, ngưỡng đường kính cần thiết để một vật thể băng giá trở thành hình cầu là ít nhất 400 km và đối với các vật thể chủ yếu bao gồm vật chất mạnh hơn, ngưỡng này thậm chí còn lớn hơn. Mặt trăng Mimas của Sao Thổ có dạng hình cầu và đường kính 396 km. Hiện tại, nó là vật thể nhỏ nhất mà chúng tôi biết có thể đáp ứng các tiêu chí này.
Nhưng mọi thứ trở nên phức tạp hơn nếu bạn nhớ rằng tất cả các vật thể đều có xu hướng xoay hoặc chuyển động trong không gian. Nếu một vật thể đang quay, các vị trí tại xích đạo của nó (điểm nằm giữa hai cực) chịu lực hấp dẫn ít hơn một chút so với các vị trí gần các cực.
Kết quả là, hình dạng hình cầu hoàn hảo được mong đợi ở trạng thái cân bằng thủy tĩnh sẽ chuyển sang dạng được gọi là "hình cầu dẹt" - khi một vật thể ở xích đạo rộng hơn ở các cực, đặc biệt, điều này đúng với Trái đất của chúng ta. Vật thể quay trong không gian càng nhanh thì hiệu ứng này càng ấn tượng. Sao Thổ, vốn ít đặc hơn nước, quay trên trục của nó cứ sau 24 giờ rưỡi (so với chu kỳ 120 giờ chậm hơn của Trái đất). Kết quả là, nó có hình cầu ít hơn nhiều so với Trái đất. Đường kính xích đạo của Sao Thổ chỉ hơn 500 km, và đường kính vùng cực của nó chỉ hơn 108 km. Đây là một sự khác biệt gần 600 nghìn km!
Một số ngôi sao thậm chí còn cực đoan hơn. Ngôi sao sáng Altair là một trong những điều kỳ lạ như vậy. Nó quay một lần sau mỗi 9 giờ hoặc lâu hơn. Nó nhanh đến mức đường kính xích đạo của nó lớn hơn 25% so với khoảng cách giữa các cực!
Nói một cách đơn giản, lý do các vật thể thiên văn lớn có hình cầu (hoặc gần như hình cầu) là vì chúng đủ lớn để lực hấp dẫn của chúng có thể vượt qua sức mạnh của vật liệu mà chúng được tạo ra.
Đọc thêm:
- Một loại siêu tân tinh mới đã được phát hiện: nó là sự kết hợp của một ngôi sao sắp chết và bạn đồng hành của nó
- Không phải ngôi sao hay hành tinh: các nhà khoa học đã phát hiện ra một ngôi sao lùn nâu kỳ lạ trong Dải Ngân hà