当我们浏览太阳系的家族合影时,会发现一个惊人的一致性。无论是被灼烧的水星、蔚蓝的地球,还是由气体组成的庞然大物木星,它们虽然成分迥异、大小不一,但外形都无一例外地选择了球体。在浩瀚的宇宙中,你绝对找不到正方体的行星,也看不到金字塔形状的世界。这种几何上的统一性不禁让人怀疑,造物主是不是患有严重的强迫症,只偏爱圆润的曲线。

要解开这个形状之谜,我们需要回到四十多亿年前太阳系诞生的时刻。那时的行星还只是一团团混乱的星际尘埃岩石碎片。随着物质的聚集,一个名为万有引力的隐形工匠开始接管一切。引力的特性非常简单且公平,它总是指向物体的质心,并且在各个方向上的拉力是相等的。

想象一下你正试图将一堆松散的黏土捏成一团。如果你想让每一块黏土都尽可能地靠近中心点,唯一且最高效的形状就是球形。在行星形成的早期,剧烈的碰撞和放射性元素的衰变产生了巨大的热量,使得整个星球处于熔融或半熔融的流体状态。这时的引力就像一双无形的大手,从四面八方均匀地向内挤压这团液体。在这场漫长的挤压过程中,凸起的部分被拉平,凹陷的部分被填满,直到表面上的每一点到核心的距离都大致相等。

这并不意味着所有的天体都有资格成为球体。这就涉及到了一个力量的博弈。岩石和金属是有脾气的,它们依靠化学键的结合力维持着刚性结构,试图抵抗引力的压缩。对于那些个头矮小的小行星而言,自身的引力实在太微弱,无法战胜岩石的刚性骨架。这就是为什么像灶神星或者火星的卫星那样的小天体,往往长得像长土豆或者奇怪的哑铃,外形千奇百怪。

只有当一个天体的质量大到超过某个临界值时,量变才会引起质变。此时自身的引力强大到足以压碎岩石的晶体结构,克服材料的抗压强度。原本坚硬的山峰会像流体一样坍塌,物质会像水流一样寻找最低的势能点。物理学家将这种状态称为流体静力学平衡。一旦达到这个平衡,无论这颗星球是由岩石、冰块还是气体组成,它最终都只能乖乖地向引力低头,坍缩成一个球体。

虽然引力致力于打造完美的球体,但宇宙中还存在另一个捣乱分子,那就是自转。行星并不是静止不动的雕塑,它们都在围绕自转轴高速旋转。这种旋转会产生一种向外的离心力,而且越靠近赤道,甩出去的力量就越大。

这就导致了一个有趣的现象:行星的球体其实并不完美。它们更像是一个被轻轻坐了一下的橘子,赤道部位会微微隆起,两极则会稍稍压扁。这种形状在几何学上被称为扁球体。土星就是最典型的例子,由于它主要由气体组成且自转速度极快,它的赤道直径比两极直径宽了整整百分之十,肉眼看起来就像一个胖乎乎的面团。

哪怕是我们的地球,也不是一个标准的圆球。如果我们把地球缩小到一个台球的大小,虽然它看起来非常光滑,但仔细测量就会发现它的腰围依然比身高要粗那么一点点。从完美的几何球体到现实中的扁球体,行星的形状记录了引力与自转力之间长达数十亿年的拉锯战。在宇宙这片巨大的竞技场中,圆,终究是物质寻求稳定存在的终极归宿。

来源: 张天缘的科普号