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為什么宇宙中的天體都是“圓”的?科學(xué)推測:其實環(huán)形也可以!

來源:hao123百家號     時間:2022-04-16 18:44:08

這漫天的星辰,每一顆都是太陽!

當(dāng)我們抬頭仰望星空的時候,你也許會產(chǎn)生這樣的疑問:它們是什么,距離我們有多遠(yuǎn),有沒有外星人?這些問題自然而然地就出現(xiàn)在我們的腦海里。

除此以外,是否思考過這樣一個問題:夜幕中的星河鷺起,為什么它們都是圓的?這是什么原理?可不可以是別的形狀?

不僅如此,如果你對比一下各種星球,你會發(fā)現(xiàn):星球的質(zhì)量越大,它的形狀就越圓。我們可以從各個星球的最高山峰上看出一些端倪。

月球的直徑為3476千米,最高峰為萊布尼茲山,高度達到9840米,占比0.28%。

火星的直徑為6779千米,最高峰為奧林帕斯山,高度為21171米,占比0.31%。

地球的直徑為12756千米,最高峰為珠穆朗瑪峰,高度為8848米,0.07%。

對一些極端天體來說,這個數(shù)字會更極端:

白矮星上的最高峰不會超過1厘米。

中子星上的最高峰不會超過1毫米。

在這幾個例子里,哪怕是看上去最不圓的火星,它的圓潤程度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一顆兵乓球。

其中的原理很復(fù)雜,但是核心原理就是:最小勢能原理。對一個物體而言,當(dāng)其為球形時,它處于表面勢能最小的狀態(tài),處于這個狀態(tài)下的物體最穩(wěn)定。對一個系統(tǒng)而言:如果它的狀態(tài)不穩(wěn)定,那么它就會自發(fā)地朝著最穩(wěn)定的方向發(fā)展——達到相對最小勢能狀態(tài)。

對宏觀物質(zhì)而言,電磁力和引力是塑造出物體形狀的根本原因,這與其質(zhì)量相關(guān)。

電磁力主導(dǎo):

對體積普遍較小的物質(zhì)來說,比如我們生活里常見的塑料、泥巴、石頭等物質(zhì),這些物質(zhì)內(nèi)部的電磁力遠(yuǎn)大于其自身的引力。

這些物質(zhì)的形狀之所以是這個樣子,是由物質(zhì)內(nèi)部分子間的化學(xué)鍵所決定的,這些化學(xué)鍵之間的作用力就是電磁力,電磁力使得分子得以聚集在一起形成我們所看到的形狀。

當(dāng)然,我們必須要承認(rèn),分子之間也會產(chǎn)生萬有引力,但是這個力實在太小,不及電磁力的萬一。因此,分子間的引力無法對分子間的電磁力造成影響,所以物體不會因此發(fā)生化學(xué)鍵的斷裂,也就不會改變形狀。當(dāng)然,外力的干涉也可以改變,但這就不是自然狀態(tài)下的形狀了。

萬有引力主導(dǎo)

當(dāng)物質(zhì)的基本組成足夠多,從一個小石頭變成一顆巨大的星球后,這時候電磁力的大小沒有變化,但是萬有引力將變得非常巨大。此時,引力成為絕對的主宰,物質(zhì)的形狀也會因此發(fā)生改變,朝著最小勢能狀態(tài)發(fā)展。

在宏觀天體內(nèi),再堅硬的物質(zhì)也會變得像面團那樣柔軟,根據(jù)“最小勢能原理”,在時間的支援下,星球就會慢慢變成球形。這也正是為什么宇宙間大多數(shù)天體都是圓形的主要原因——引力決定形狀。

有人可能會說,地球的表面明明是高低起伏的啊,還有著水流,石頭,等各種可以移動的物質(zhì)呀。當(dāng)我們站在地球的視角上來看:在自然狀態(tài)下,這些流動的物質(zhì)也會慢慢朝著“低點”運動,引力會吸引這些物質(zhì)去往更低的地方。久而久之,星球也就更加傾向于變成圓形了。

現(xiàn)代科學(xué)觀測:我們的地球其實是一個兩極略扁的“橢球”,這又是為啥呢?這是因為地球的自轉(zhuǎn),以赤道上的一點為例,其速度能達到465米/秒,而在兩極則為0。因此,自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力在赤道最大,在南北兩極最小,因此地球就成了一個“大肚子”。

如果星球自轉(zhuǎn)速度更快,那星球就會變得更扁,這種現(xiàn)象在氣態(tài)形行星身上更為明顯,比如土星和木星,就是十足的橢球。

如果在此基礎(chǔ)上進一步加快自轉(zhuǎn),星球最終會變成什么形狀呢?科學(xué)家們預(yù)測,可能會變成一個環(huán)形,像“甜甜圈”那樣。當(dāng)然,這僅僅是科學(xué)家們的推測,到目前為止,科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了5000多顆地外行星和數(shù)不盡的恒星,暫時還沒有發(fā)種形狀的天體。

那這種理論中的天體可能會是怎樣的呢?可查看:

假如地球變了形狀:甜甜圈地球、立方體地球和空心地球!

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