Neden yıldızlar, gezegenler ve uydular yuvarlakken, kuyruklu yıldızlar ve asteroitler değildir?
Güneş sistemine baktığımızda, küçük toz taneciklerinden dev gezegenlere ve güneşe kadar çeşitli boyutta nesne görürüz. Bu nesneler arasında ortak bir motif vardır; büyükler (az ya da çok) yuvarlak, küçükler ise düzensiz olması. Peki ama neden?
Şekil 1. Ölçeklendirmek için güneş sisteminin gezegen olmayan çeşitli küçük cisimleri. Daha büyük nesneler yuvarlaktır, ancak küçük olanlar yuvarlak dışında her şey olabilir! (Wikipedia/Antonio Ciccolella)
Kütleçekimi: Büyük şeyleri yuvarlak hale getirmenin anahtarı…
Daha büyük nesnelerin neden yuvarlak olduğunun cevabı kütleçekiminin etkisine bağlıdır. Bir cismin kütleçekim kuvveti her zaman kütlesinin merkezine doğru olacaktır. Bir şey ne kadar büyükse, o kadar çok kütleli olur ve kütleçekimi de o kadar fazladır
Katı nesneler için bu kuvvete, nesnenin kendisinin gücü karşı çıkar. Örneğin, Yer’in kütleçekimi (yani yerçekimi) nedeniyle yaşadığınız aşağı yönlü kuvvet sizi Yer’in merkezine çekmez. Bunun nedeni, zeminin sizi geri itmesidir; içinden geçmenize izin vermeyecek kadar serttir (katıdır).
Ancak, Yer’in sertliğinin sınırları vardır. Everest Dağı gibi büyük bir dağın, gezegenin levhaları bir araya geldikçe daha da büyüdüğünü, yükseldiğini düşünün. Everest’in boyu uzadıkça ağırlığı, batmaya başladığı noktaya kadar artar. Ekstra ağırlık, dağı Dünya’nın mantosuna doğru itecek ve ne kadar yüksek olabileceğini sınırlayacaktır.
Yer tamamen okyanustan oluşmuş olsaydı, Everest Dağı Yer’in merkezine kadar batardı (içine battığı suyun yerini alırdı). Suyun oldukça fazla yüksek olduğu herhangi bir alan, yerçekimi tarafından aşağı çekilir. Suyun çok düşük olduğu alanlar ise başka yerlerden yer değiştiren suyla doldurulacak ve bunun sonucunda bu hayali okyanus Dünyası mükemmel bir küre haline gelecektir.
Ama mesele şu ki, yerçekimi aslında şaşırtıcı derecede zayıftır. Bir nesnenin, yapıldığı malzemenin dayanıklılığını yenmek için yeterince güçlü bir yerçekimi kuvveti uygulayabilmesi için gerçekten büyük olması gerekir. Bu nedenle daha küçük katı cisimler (metre veya kilometre çapında), onları küresel bir şekle sokmak için çok zayıf olan yerçekimi kuvvetine sahiptir.
Bu arada, kendi kütleçekimi kuvvetiniz altında küresel bir şekle dönüşme konusunda endişelenmenize gerek yok – vücudumuz bunu yapmak için uyguladığı küçük yerçekimi kuvveti için çok dayanıklıdır.
Hidrostatik dengeye ulaşmak
Bir nesne, kütleçekiminin kazandığı kadar büyük olduğunda – nesnenin yapıldığı malzemenin mukavemetinin üstesinden geldiğinde – nesnenin tüm malzemesini küresel bir şekle çekme eğiliminde olacaktır. Çok yüksek olan nesne parçaları aşağı çekilecek ve altlarındaki malzeme yerinden çıkacak, bu da çok düşük bölgelerin dışarı doğru itilmesine neden olacaktır.
Bu durumda cisim küresel şekle ulaştığında, nesnenin “hidrostatik dengede” olduğunu söyleriz. Fakat hidrostatik dengeye ulaşmak için bir nesnenin kütlesi ne kadar olmalıdır? Bu, neyden yapıldığına bağlıdır. Sadece sıvı sudan yapılmış bir nesne, suyun molekülleri oldukça kolay hareket ettiğinden, esasen hiçbir kuvveti olmayacağından, onu gerçekten kolayca idare edebilirdi.
Ancak saf demirden yapılmış bir nesnenin, yerçekiminin demirin doğal gücünü yenmesi için çok daha büyük olması gerekecektir. Güneş sisteminde, buzlu bir nesnenin küresel hale gelmesi için gereken eşik çap en az 400 kilometredir ve esas olarak daha güçlü malzemeden yapılmış nesneler için eşik daha da büyüktür. Dolayısıyla Güneş Sistemi için yaklaşık 400 km çapından daha büyük cisimlerin küresel, daha küçüklerin ise küresel olmadığını söyleyebiliriz.
Satürn’ün Ölmüş Yıldız’a benzeyen uydusu Mimas küre şeklindedir ve çapı 396 km’dir. Şu anda ölçütü karşılayabilecek bildiğimiz en küçük nesne odur.
Şekil 2. Cassini uzay aracı tarafından görüntülenen Satürn’ün uydusu Mimas, kütleçekiminin onu küresel bir şekle sokması için ancak yeterli büyüklükte. Mimas’ı Ölmüş Yıldız gibi gösteren devasa Herschel krateri, Mimas’ı neredeyse yok edecek kadar büyük bir çarpmanın yara izi! (NASA / JPL-Caltech / Uzay Bilimleri Enstitüsü)
Sürekli hareket
Ancak, tüm nesnelerin uzayda dönme veya yuvarlanma eğiliminde olduğu gerçeğini düşündüğünüzde işler daha karmaşık hale gelir. Bir nesne dönüyorsa, ekvatorundaki konumlar (iki kutup arasındaki orta nokta), kutuba yakın konumlara kıyasla hafifçe azaltılmış bir kütleçekim kuvveti hisseder.
Bunun sonucu, hidrostatik dengede beklediğiniz mükemmel küresel şeklin, nesnenin ekvatorunda kutuplarından daha geniş olduğu “basık sferoit” dediğimiz şeye kaydırılmasıdır. Bu, ekvator çapı 12.756 km ve kutuplar arası çapı 12.712 km olan dönen Yer’imiz için geçerlidir. Yer’in bu şekline “geoit” adı verilmektedir.
Uzayda bir nesne ne kadar hızlı dönerse, bu etki o kadar dramatik olur. Sudan daha az yoğun olan Satürn, her on buçuk saatte bir kendi ekseni etrafında döner (Dünya’nın daha yavaş olan 24 saatlik döngüsüne kıyasla ve Satürn gezegeninin büyüklüğü düşünüldüğünde bu oldukça hızlıdır). Sonuç olarak, Dünya’dan çok daha az küreseldir.
Satürn’ün ekvator çapı 120.500 km’nin biraz üzerinde, kutup çapı ise 108.600 km’nin biraz üzerinde. Bu neredeyse 12.000 km’lik bir fark!
Şekil 3. Cassini uzay aracının Eylül 2017’de çekilen Satürn ve uydularının son geniş alan mozaiği, dev gezegenin ne kadar basık olduğuna dair gerçekten bir fikir veriyor! (NASA/JPL-Caltech/Uzay Bilimi Enstitüsü)
Bazı yıldızlarda bu durum daha da aşırıdır. Kış aylarında Avustralya’dan kuzey gökyüzünde görünen parlak yıldız Altair, böyle bir tuhaflığa sahiptir. Her dokuz saatte bir kendi ekseninde döner ve o kadar hızlıdır ki, ekvator çapı ile kutupları arasındaki mesafeden %25 daha büyüktür!
Bu soru için kısa bir cevap
Böyle bir soruya ne kadar yakından bakarsanız, o kadar çok öğrenirsiniz. Ancak basitçe cevaplamak gerekirse, büyük astronomik nesnelerin küresel (veya neredeyse küresel) olmasının nedeni, kütleçekimi kuvvetlerinin yapıldıkları malzemenin gücünü yenebilecek kadar büyük olmasıdır.
Kaynakça
https://www.space.com/why-are-stars-planets-moons-round
Bu makale, Creative Commons lisansı altında The Conversation’dan yeniden yayınlanmıştır. Orijinal makale:
Çev: Dr. Tuncay DOĞAN
