Quando osserviamo il Sistema Solare o l’universo, vediamo oggetti di tutte le dimensioni, dai minuscoli granelli di polvere, ai pianeti giganti e al Sole. Un tema comune tra questi oggetti è che quelli grandi sono (più o meno) rotondi, mentre quelli piccoli sono irregolari.
Gravità: la chiave per fare grandi cose in tondo…
La risposta al perché gli oggetti più grandi sono rotondi si riduce all’influenza della gravità. L’attrazione gravitazionale di un oggetto punterà sempre verso il centro della sua massa. Più una cosa è grande, più è massiccia e maggiore è la sua attrazione gravitazionale.
Per gli oggetti solidi, quella forza è contrastata dalla forza dell’oggetto stesso. Ad esempio, la forza verso il basso che sperimenti a causa della gravità terrestre non ti spinge al centro della Terra. Questo perché il terreno ti spinge verso l’alto; ha troppa forza per lasciarti affondare attraverso di essa.
Tuttavia, la forza della Terra ha dei limiti. Pensa a una grande montagna, come l’Everest, che diventa sempre più grande man mano che le placche del pianeta si uniscono. Man mano che l’Everest diventa più alto, il suo peso aumenta fino al punto in cui inizia ad affondare. Il peso extra spingerà la montagna verso il basso nel mantello terrestre, limitando l’altezza con cui può crescere.
Se la Terra fosse fatta interamente composta da oceani, il Monte Everest affonderebbe fino al centro della Terra (spostando l’acqua che lo circonda).
Ma il fatto è che la gravità è in realtà sorprendentemente debole. Un oggetto deve essere davvero grande prima di poter esercitare un’attrazione gravitazionale abbastanza forte da superare la forza del materiale di cui è fatto. Gli oggetti solidi più piccoli (metri o chilometri di diametro) hanno quindi forze gravitazionali troppo deboli per trasformarli in una forma sferica.
Raggiungere l’equilibrio idrostatico
Quando un oggetto è abbastanza grande da far vincere la gravità – superando la forza del materiale di cui è fatto l’oggetto – tenderà a trasformare tutto il materiale dell’oggetto in una forma sferica.
Quando quella forma sferica viene raggiunta, diciamo che l’oggetto è in “ equilibrio idrostatico ”. Ma quanto deve essere massiccio un oggetto per raggiungere l’equilibrio idrostatico? Dipende da cosa è fatto. Un oggetto fatto di sola acqua liquida lo raggiungerebbe con una minor massa, poiché le molecole dell’acqua si muovono più facilmente.
Nel frattempo, un oggetto fatto di ferro puro dovrebbe essere molto più massiccio affinché la sua gravità superi la forza intrinseca del ferro. Nel Sistema Solare, il diametro di soglia richiesto affinché un oggetto ghiacciato diventi sferico è di almeno 400 chilometri e per oggetti fatti principalmente di materiale più resistente, la soglia è ancora più grande.
La luna di Saturno, Mimas, che assomiglia alla Morte Nera, è sferica e ha un diametro di 396 km. Attualmente è l’oggetto più piccolo che conosciamo nell’universo che possa soddisfare il criterio di equilibrio idrostatico.
Sempre in movimento
Ma le cose si complicano se si pensa al fatto che tutti gli oggetti tendono a ruotare o a rotolare nello spazio. Se un oggetto ruota nell’universo, le posizioni al suo equatore (il punto a metà strada tra i due poli) percepisce effettivamente un’attrazione gravitazionale leggermente ridotta rispetto alle posizioni vicino al polo.
Il motivo è che la forma perfettamente sferica che ti aspetteresti in un equilibrio idrostatico viene spostata in quello che chiamiamo “sferoide oblato” – dove l’oggetto è più largo al suo equatore rispetto ai suoi poli. Questo è vero per la nostra Terra rotante, che ha un diametro equatoriale di 12.756 km e un diametro da polo a polo di 12.712 km.
Più velocemente un oggetto nell’universo gira, più drammatico è questo effetto. Saturno, che è meno denso dell’acqua, ruota sul proprio asse ogni dieci ore e mezza (rispetto al ciclo di 24 ore più lento della Terra). Di conseguenza, è molto meno sferico della Terra.
Il diametro equatoriale di Saturno è appena superiore a 120.500 km, mentre il suo diametro polare è appena superiore a 108.600 km. Una differenza di quasi 12.000 km!
Alcune stelle sono ancora più estreme. La brillante stella Altair, è una di queste stranezze. Gira una volta ogni nove ore circa. È così veloce che il suo diametro equatoriale è il 25% più grande della distanza tra i suoi poli!
La risposta breve
Più guardi da vicino una domanda come questa, più impari. Ma per rispondere semplicemente, il motivo per cui i grandi oggetti astronomici dell’universo sono rotondi (o quasi sferici) è perché sono abbastanza massicci da consentire alla loro attrazione gravitazionale di superare la forza del materiale di cui sono fatti.
Autore
Jonti Horner, Professor (Astrophysics), University of Southern Queensland
