Почему планеты имеют шарообразную форму? (Масленников Кирилл Львович)

Отвечает кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Отдела физики звезд Пулковской обсерватории (ГАО РАН), знаменитый «Астродед», ведущий рубрики «Заметки астронома» на канале QWERTY Масленников Кирилл Львович

—

На первый взгляд, этот вопрос очень простой. Шар, сфера – идеальная фигура равновесия, в наибольшей степени соответствующая идее однородности и изотропности пространства.

Планеты, как и звезды, формируются под действием силы гравитации, а эта сила центральная – искривление метрики пространства-времени заставляет все массы со всех сторон стремиться к гравитирующему центру. Даже последние результаты анализа распределения реликтового микроволнового фона подтверждают, что Вселенная с высокой степенью точности евклидова (пространство, свойства которого описываются аксиомами евклидовой геометрии- прим.ред). Стало быть, она также должна быть в целом сферически симметрична – во всяком случае, изотропна (одинакова по физическим свойствам) по всем направлениям.

Казалось бы, все очень просто, поэтому люди, начиная с древних греческих философов и кончая современными плоскоземельщиками, должны бы с этим согласиться. Но, если приглядеться получше, появляются кое-какие сомнения.

Шестигранник Сатурна

Во Вселенной мы давно уже видим не только сферические образования. Аккреционные и протопланетные диски – плоские или тороидальные. В галактиках сочетаются сферические и плоские подсистемы. Да что там, даже наш местный Сатурн обладает знаменитыми плоскими кольцами, не говоря уж о колоссальной «гайке», которой кто-то закрутил его полярную ось. Так что для тех, кто любит поразмышлять о разнообразной игре физических сил, здесь открывается простор для фантазии, а может, и для серьезного моделирования на компьютере.

Понятно, что чем быстрее вращение, тем больше вращающаяся система будет стремиться сделаться плоской – и здесь понадобится аккуратно учитывать вязкость. Сплюснутость Земли совсем небольшая: полярный радиус всего на 20 км короче экваториального. А вот у Юпитера эта величина уже больше 10.000 километров. Может, среди тысяч и тысяч экзопланет и найдется где-нибудь газовый гигант, вращающийся с такой бешеной скоростью, что на взгляд покажется и правда скорее плоским, чем шарообразным? Но в этом случае неизбежна потеря устойчивости и быстрая диссипация (диссипация энергии — переход части энергии упорядоченных процессов — кинетической энергии движущегося тела, энергии электрического тока и тд — в энергию неупорядоченных процессов). А почему бы не представить себе тороидальную планету? Здесь с устойчивостью все в порядке. Но уж очень экзотическими должны быть начальные условия.

В общем, как ни крути, для тех масштабов и динамики, которые характерны для планет, мы так или иначе приходим к чуть сплюснутой сфероидальной форме.

Записаться на курс

https://tsentr-arhe-v-sankt-peter.timepad.ru/event/916961/