¿Por qué las estrellas, los planetas y las lunas son redondos pero los cometas y los asteroides no?

Estoy confundido en cuanto a por qué los planetas, las estrellas y las lunas son todos redondos (cuando) otros objetos grandes y pequeños, como asteroides y meteoritos, tienen formas irregulares.

– Lionel Young, 74, Launceston, Tasmania

¡Esa es una gran pregunta, Lionel, y una muy buena nota!

Cuando miramos el sistema solar, vemos objetos de todos los tamaños, desde pequeños granos de polvo hasta planetas gigantes y el sol. La característica común entre estos es que las cosas grandes son (algo) redondas, mientras que las pequeñas son irregulares. ¿pero porque?

Una variedad de pequeños cuerpos del sistema solar, a gran escala. Los objetos más grandes son redondos, ¡pero las cosas pequeñas son todo lo contrario!
Wikipedia / Antonio Sisculella

Gravedad: la clave para hacer grandes cosas …

La respuesta al motivo de la rotación de objetos grandes se resume en el efecto gravedad. La gravedad de un objeto siempre indicará su centro de masa. Cuanto más grande es el objeto, mayor es su masa, mayor es la fuerza de su atracción.

En el caso de los cuerpos sólidos, esta fuerza se compensa con la fuerza del propio cuerpo. Por ejemplo, la fuerza descendente que experimentas debido a la gravedad de la Tierra no te empuja hacia el centro de la Tierra. Esto se debe a que la tierra te está empujando hacia atrás; Tiene mucha fuerza para dejar que te ahogues.

Sin embargo, el poder de la Tierra tiene sus límites. Piense en una montaña poderosa, como el Monte Everest, que se hace cada vez más grande a medida que las dos placas del planeta se juntan. A medida que aumenta la altura del Everest, su peso aumenta hasta el punto en que comienza a hundirse. El peso adicional empujará la montaña hacia el manto de la Tierra, limitando su altura.

¿Qué altura puede alcanzar una montaña en la Tierra?

Si la Tierra estuviera hecha completamente de océano, el Monte Everest se hundiría hasta el centro de la Tierra (desplazando el agua que pasa a través de él). Cualquier área donde el agua sea inusualmente alta se hundirá, hundiéndose bajo la acción de la gravedad de la Tierra. Las áreas donde el agua era inusualmente baja se llenarían con agua desplazada de otros lugares, lo que haría que esta tierra oceánica de fantasía se volviera completamente esférica.

Pero la cosa es La gravedad es sorprendentemente débil. Un objeto debe ser realmente grande antes de que pueda ejercer una gravedad lo suficientemente fuerte como para vencer la fuerza del material del que está hecho. Los objetos sólidos más pequeños (metros o kilómetros de diámetro) tienen una fuerza gravitacional demasiado débil para llevarlos a una forma esférica.

Por cierto, esta es la razón por la que no tiene que preocuparse por colapsar en una forma esférica bajo su propia gravedad: su cuerpo es demasiado fuerte para la poca gravedad que ejerce para hacerlo.

Alcanzando el equilibrio hidrostático

Cuando un objeto es lo suficientemente grande como para que la gravedad gane, superando la fuerza de la materia de la que está hecho el objeto, tiende a tirar de toda la materia del objeto en una forma esférica. Las partes del cuerpo que están demasiado altas se tirarán hacia abajo, desplazando el material debajo, causando que las áreas que estén demasiado bajas sean empujadas hacia afuera.

Cuando se alcanza esta forma esférica, decimos que el objeto está enequilibrio hidrostáticoPero, ¿qué masa tendría un objeto para alcanzar el equilibrio hidrostático? Eso depende de qué esté hecho. Cualquier objeto hecho solo de agua líquida puede girarlo muy fácilmente, porque básicamente no tendría una fuerza: las moléculas de agua se mueven fácilmente y se completan.

Mientras tanto, un objeto hecho de hierro puro tendría que ser mucho más grande para que su gravedad pudiera superar la fuerza inherente del hierro. En el Sistema Solar, el diámetro del umbral requerido para que un cuerpo de hielo se vuelva esférico es de al menos 400 km, y para los objetos hechos principalmente de material más fuerte, el umbral es aún mayor.

La luna de Saturno, Mimas, que parece una estrella de la muerte, es esférica y tiene un diámetro de 396 km. Actualmente, es el objeto más pequeño que conocemos que podría cumplir con el criterio.

Mimas, la luna de Saturno, vista desde la nave espacial Cassini.
La luna de Saturno, Mimas, fotografiada por la nave espacial Cassini, es apenas lo suficientemente grande como para que la gravedad la lleve a una forma esférica. El vasto cráter Herschel, que hace que Mimas parezca la Estrella de la Muerte, es una cicatriz de tal impacto que casi destruye a Mimas.
NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute علوم

constantemente en movimiento

Pero las cosas se complican más si se tiene en cuenta el hecho de que todos los objetos tienden a girar o atascarse en el espacio. Si un objeto está girando, las ubicaciones en el ecuador (el punto a medio camino entre los polos) se sienten un poco más bajas en gravedad en comparación con las ubicaciones cercanas al polo.

El resultado es que el esferoide perfecto que cabría esperar en equilibrio hidrostático se ha convertido en lo que llamamos un “esferoide achatado”, donde un objeto es más ancho en el ecuador que sus polos. Esto es cierto para nuestra Tierra en rotación, que tiene un diámetro ecuatorial de 12,756 kilómetros y un diámetro de polo a polo de 12,712 kilómetros.

Cuanto más rápido gire un objeto en el espacio, más dramático será este efecto. Saturno, que es menos denso que el agua, gira sobre su eje cada diez horas y media (en comparación con el ciclo más lento de 24 horas de la Tierra). Como resultado, es mucho menos esférico que la Tierra.

El diámetro ecuatorial de Saturno es de poco más de 120.500 km, mientras que su diámetro polar es de poco más de 108.600 km. ¡Esa es una diferencia de unos 12.000 km!

Saturno y sus muchas lunas, iluminadas desde atrás, como se ve desde la nave espacial Cassini en septiembre de 2017.
El último mosaico a gran escala de Saturno y sus lunas de la nave espacial Cassini, tomado en septiembre de 2017, realmente da una idea de cuán brumoso es realmente el planeta gigante.
NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute علوم

Algunas estrellas son más extremas. La brillante estrella Altair, visible en el cielo del norte de Australia en los meses de invierno, es uno de esos objetos extraños. Gira una vez cada nueve horas aproximadamente. ¡Es tan rápido que su diámetro ecuatorial es un 25% mayor que la distancia entre sus polos!

respuesta corta

Cuanto más se acerque a una pregunta como esta, más aprenderá. Pero para responderlo simplemente, la razón por la que los grandes objetos astronómicos son esféricos (o casi esféricos) es que son lo suficientemente masivos como para que su atracción gravitacional pueda vencer la fuerza del material del que están hechos.


Este es un articulo de siempre me he preguntado, una serie en la que los lectores envían preguntas que les gustaría que respondiera un experto. Envíe su pregunta a [email protected]Conversacion

Jonty HornerProfesor (astrofísica), Universidad del Sur de Queensland

Este artículo ha sido republicado desde Conversacion Bajo una licencia Creative Commons. Leer el artículo original.

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