Vì sao các ngôi sao và hành tinh đều có hình tròn?

[miro1510]

Trong vũ trụ có vô số thiên thể với kích thước và khối lượng khác nhau. Tuy nhiên, phần lớn trong số đó đều có một đặc điểm chung: Chúng có hình cầu, hoặc gần như hình cầu. Đây là hình dạng cân bằng tối ưu do lực hấp dẫn chi phối.

Lực hấp dẫn - “kiến trúc sư” của vũ trụ

Câu trả lời nằm ở lực hấp dẫn. Khi một thiên thể đủ lớn, khối lượng của nó tạo ra lực hấp dẫn kéo tất cả vật chất về phía tâm. Lực này có xu hướng làm phẳng mọi “góc cạnh” và bất thường trên bề mặt, từ đó hình thành dạng cầu - trạng thái cân bằng năng lượng thấp nhất.

Trong Hệ Mặt Trời, Mặt Trời và 8 hành tinh lớn đều có dạng gần cầu. Ngược lại, những thiên thể nhỏ như tiểu hành tinh hay sao chổi thường mang hình dạng bất đối xứng vì lực hấp dẫn của chúng không đủ mạnh để “nắn” lại thành cầu.

Ảnh minh họa.

Cân bằng thủy tĩnh - khi thiên thể trở nên tròn

Giới khoa học gọi trạng thái này là cân bằng thủy tĩnh (hydrostatic equilibrium). Khi đường kính một thiên thể vượt quá vài trăm km, lực hấp dẫn sẽ thắng sức bền vật liệu, khiến nó trở nên gần cầu. Đây cũng là tiêu chí Liên minh Thiên văn Quốc tế (IAU) sử dụng để phân loại hành tinh và hành tinh lùn.

Ví dụ:

Trái Đất có khối lượng 6 × 10^24 kg, đường kính khoảng 12.700 km, đạt trạng thái cân bằng thủy tĩnh.

Sao chổi 67P/Churyumov-Gerasimenko có khối lượng 10^13 kg, đường kính chỉ 4 km. Tốc độ thoát khỏi bề mặt của nó là 1 m/s – thấp đến mức một cú nhảy của con người cũng đủ rời khỏi. Vì thế, nó có hình dạng kỳ lạ giống “con vịt cao su” thay vì hình cầu.

Hình cầu dẹt - sự thật về Trái Đất và các hành tinh

Mặc dù thường được gọi là “hình cầu”, thực tế các hành tinh và ngôi sao không phải cầu hoàn hảo. Do quay quanh trục, chúng bị phình ra tại xích đạo và dẹt lại ở hai cực, gọi là hình cầu dẹt (oblate spheroid).

Trái Đất có bán kính xích đạo lớn hơn bán kính cực khoảng 21 km.

Sao Mộc và Sao Thổ, quay rất nhanh, phình rõ rệt hơn: đường kính xích đạo của Sao Thổ lớn hơn đường kính cực tới 10%.

Trong khi đó, Mặt Trời cũng hơi dẹt nhưng gần cầu hơn Trái Đất nhờ cấu trúc plasma đồng nhất. Hố đen thậm chí “tròn” hơn nữa: bề mặt sự kiện của hố đen gần như hình cầu hoàn hảo, do lực hấp dẫn cực mạnh chi phối.

Vì sao không thể có hành tinh hình lập phương?

Nếu một hành tinh có dạng khối lập phương, các góc sẽ nhô cao so với phần còn lại. Lực hấp dẫn khi đó phân bố không đều, kéo vật chất từ các góc về phía tâm, khiến thiên thể nhanh chóng “sụp” về trạng thái cân bằng là hình cầu.

Ngược lại, dạng hình cầu giúp lực hấp dẫn phân bổ đều khắp bề mặt, duy trì sự ổn định của thiên thể trong quỹ đạo.

Hình cầu là hình dạng cân bằng tối ưu của các thiên thể lớn trong vũ trụ. Nhờ lực hấp dẫn và nguyên lý cân bằng thủy tĩnh, hành tinh và ngôi sao tiến gần tới dạng cầu, dù thực tế chúng thường hơi dẹt ở xích đạo. Điều này lý giải vì sao từ Trái Đất, Mặt Trời đến các hành tinh khổng lồ như Sao Mộc hay Sao Thổ đều “tròn” – và càng khối lượng lớn, chúng càng tiến gần đến hình cầu hoàn hảo.