Daugybė dangaus kūnų – Saulė, Žemė, Mėnulis ir begalė kitų – yra apvalūs. Bet neretai pasitaiko ir kitokių formų: asteroidai ir kometos būna visokiausi. Nuo ko priklauso jų forma?

Atsakymo paieškas pradėkime nuo akmens. Paprasto uolos gabalo, kurį galime rasti pakelėje ar iškasti sode. Kartais akmenys būna apvalūs, bet dažniausiai – ne. O jei iš akmens išskaptuosime kokią nors figūrą, ta figūra tokia ir liks, pati savaime nesuapvalės. Jei akmuo ilgai gulėjo vandenyje, jo forma bus apvalesnė, nes vanduo jį nugludina. Bet kosmose nugludinimas nėra toks efektyvus, kad suapvalintų planetas, taigi atsakymo ieškoti reikia kitur.

Asteroidai ir kometos, ypač tie, kurių dydžiai neviršija kelių kilometrų, yra panašūs į tuos pakelės akmenis. Tik jų tankis dažnai šiek tiek mažesnis, nes juose pilna visokių kiaurymių. Bet jų forma keičiasi tik tada, kai jie susiduria su kuo nors kitu. Jei tas kas nors yra mažas akmenukas, arba susiduria jie lėtai, objektai gali susijungti ir asteroidas padidėja. Jei smūgis yra greitas, o abiejų kūnų masės – didelės, energijos gali pakakti asteroidui sudaužyti. Tada iš vieno asteroido pažyra gausybė mažesnių, kurių formos, kaip tų pakelės akmenų, yra labai įvairios. Ir vėl, kol nesusiduria su kitas, nenukrenta į planetas ar nesudega jų atmosferose, tie asteroidai išlieka įvairių formų.

67P/Churyumov-Gerasimenko kometa. © ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Akmenų ir asteroidų formos gali būti įvairios, nes tas formas palaiko cheminiai ryšiai tarp juos sudarančių atomų. Cheminiai ryšiai būna įvairūs, bet šiuo atveju svarbu tai, kad jie veikia nedideliu atstumu – tarp gretimų dalelių. Atomas, esantis vienoje akmens pusėje, nejaučia cheminio ryšio su atomu, esančiu priešingoje pusėje.

Jei kūno masė tampa pakankamai didelė – uoliniam kūnui tai nutinka, kai jo dydis viršija kelis kilometrus – gravitacija tampa stipresne jėga už cheminius ryšius. Tokį kūną netgi galime įsivaizduoti kaip skysčio lašą, o ne kietą objektą, mat kietumą nulemia būtent cheminių ryšių stiprumas, o kai jie tampa nebereikšmingi, galime apsimesti, kad jų ir nėra (bet visai jų nepamirškime, nes dar reikės sugrįžti ir prie chemijos). Kalbant apie dujines planetas ar žvaigždes, net ir įsivaizdavimo ypatingo nereikia – tie objektai ir yra skysčio, dujų ar plazmos lašai.

O kaip elgiasi lašas? Mokykloje mus moko, kad skystis užima indo, į kurį yra įpiltas, formą. Bet kosmose indo juk nėra! Bet ką iš tikro reiškia indo formos įgijimas? Ogi tai, kad skystis išsidėsto „patogiausiai“ – taip, kad jo energija būtų kuo mažesnė. Žemėje tai reiškia, kad skystis nori kristi žemyn, bet atsiremia į indo kraštus, todėl užpildo indą iki tam tikro lygio. Kosmose savo pačios gravitacijos laikomam lašui patogiausia būsena yra rutulio forma. Tokioje būsenoje energija yra mažiausia įmanoma; kokią bepaimtume lašo dalelę, jei ją perkeltume kur nors kitur, jos energija taptų didesnė – turėtume atlikti darbą. Tad gravitacijos valdomas lašas įgyja rutulio formą. Mažais masteliais reikia vėl atsižvelgti į cheminius ryšius, todėl įmanomi ir nukrypimai nuo lygios rutulio formos – kalnai ir įdubos.

Šitai galima suprasti ir šiek tiek kitaip. Tarkime, kad turime kokį nors asteroidą ir prie jo lipdome naujus gabalus, taip vis didindami masę. Kažkuriuo metu naujai pridėtą gabalą stipriau veiks nebe cheminis ryšys su šalia esančia medžiaga, o viso likusio asteroido gravitacija – gabalas nesilaikys ten, kur yra padėtas, o stengsis nukristi į giliausią duobę, nes tai yra žemiausias – mažiausios energijos – taškas.

Panaši situacija būtų ir didelėje, jau apvalioje, planetoje: jeigu bandytume supilti labai aukštą kalną, tai kažkuriuo metu kalno viršuje esančias daleles ims stipriau veikti planetos gravitacija, o ne cheminiai ryšiai, ir jos nuriedės šlaitu žemyn. Ir nesvarbu, kokios tos dalelės – smiltys, rieduliai ar dar kas nors; nuo medžiagos priklauso tik aukštis kalno, kurį pavyks supilti iki jam pradedant slinkti į šonus.

Beje, kalbant apie kalnus: nėra taip, kad vieni kūnai gali būti bet kokios formos, o masei viršijus tam tikrą ribą, jie gali būti tik apvalūs. Galimi nukrypimai nuo apvalumo priklauso nuo masės – kuo masyvesnis kūnas, tuo tie nukrypimai mažesni. Dėl to Marse, kurio masė mažesnė už Žemės, kalnai ir kanjonai yra didesni, nei mūsų planetoje. Olimpo kalno Marse aukštis yra 25 kilometrai; tokio aukščio kalnas Žemėje nuslinktų į šalis.

Olimpo kalnas Marse. © NASA/JPL

Dar vienas veiksnys, svarbus planetoms ir žvaigždėms, yra sukimasis aplink savo ašį. Besisukantį kūną veikia išcentrinė jėga, kuri atsveria gravitaciją, bet ne visur vienodai. Arti ašigalių atsvėrimas yra silpnesnis, artėjant prie pusiaujo jis stiprėja. Todėl besisukantys kūnai ties pusiauju išsipučia, lyginant su ašigaliais. Žemės skersmuo ties pusiauju yra maždaug 42 kilometrais didesnis, nei ties ašigaliais. Saulė, nors yra gerokai didesnė už Žemę, sukasi gerokai lėčiau, taigi jos pusiaujo skersmuo už ašigalinį didesnis tik 12 kilometrų.

Tuose kūnuose, kurie tikrai yra skysti arba dujiniai, gravitacija nulemia ir išsisluoksniavimą. Arčiau kūno centro susikaupia sunkesni cheminiai elementai ar junginiai, išorėje – lengvesni. Jupiteris ir Saturnas greičiausiai turi kietus branduolius, bet juos gaubia stori dujų sluoksniai, pro kuriuos nieko nematyti. Žemės branduolys yra tankesnis, nei pluta. Saulės ir kitų žvaigždžių paviršiuje yra mažiau už vandenilį ir helį sunkesnių cheminių elementų, nei centre.