Siempre me he preguntado: ¿Por qué las estrellas, los planetas y las lunas son redonds, cuando los cometas y los asteroides no lo son?

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. La publicación contribuyó con el artículo a Expert Voices: Op-Ed & Insights de Space.com.

Jonti Horner , profesor (astrofísica), Universidad del Sur de Queensland

«Estoy desconcertado de por qué los planetas, las estrellas y las lunas son todos redondos (cuando) otros objetos grandes y pequeños, como asteroides y meteoritos, tienen formas irregulares».

– Lionel Young, 74 años, Launceston, Tasm

Esta es una pregunta fantástica Lionel, ¡y una muy buena observación!

Cuando miramos el sistema solar, vemos objetos de todos los tamaños, desde pequeños granos de polvo hasta planetas gigantes y el sol. Un tema común entre esos objetos es que los grandes son (más o menos) redondos, mientras que los pequeños son irregulares. ¿Pero por qué?

Una variedad de pequeños cuerpos del sistema solar, a escala. Los objetos más grandes son redondos, ¡pero los pequeños son todo lo contrario! (Crédito de la imagen: Wikipedia / Antonio Ciccolella)

Gravedad: la clave para hacer grandes cosas redondas …

La respuesta a por qué los objetos más grandes son redondos se reduce a la influencia de la gravedad . La atracción gravitacional de un objeto siempre apuntará hacia el centro de su masa. Cuanto más grande es algo, más masivo es y mayor es su atracción gravitacional.

Para los objetos sólidos, esa fuerza se opone a la fuerza del objeto en sí. Por ejemplo, la fuerza descendente que experimentas debido a la gravedad de la Tierra no te empuja hacia el centro de la Tierra. Eso es porque el suelo te empuja hacia arriba; tiene demasiada fuerza para dejarte hundirte en él.

Sin embargo, la fuerza de la Tierra tiene límites. Piense en una gran montaña, como el Monte Everest , que se hace cada vez más grande a medida que las placas del planeta se juntan. A medida que el Everest crece, su peso aumenta hasta el punto en que comienza a hundirse. El peso adicional empujará la montaña hacia el manto de la Tierra, limitando la altura que puede alcanzar.

Si la Tierra estuviera hecha completamente del océano, el Monte Everest simplemente se hundiría hasta el centro de la Tierra (desplazando el agua por la que pasa). Cualquier área donde el agua estuviera inusualmente alta se hundiría, arrastrada por la gravedad de la Tierra. Las áreas donde el nivel del agua era inusualmente bajo se llenarían con agua desplazada de otros lugares, con el resultado de que este océano imaginario de la Tierra se volvería perfectamente esférico.

Pero la cuestión es que la gravedad es sorprendentemente débil. Un objeto debe ser realmente grande antes de que pueda ejercer una fuerza gravitacional lo suficientemente fuerte como para superar la resistencia del material del que está hecho. Los objetos sólidos más pequeños (metros o kilómetros de diámetro), por lo tanto, tienen tirones gravitacionales que son demasiado débiles para llevarlos a una forma esférica.

Por cierto, esta es la razón por la que no tiene que preocuparse por colapsar en una forma esférica bajo su propia atracción gravitacional: su cuerpo es demasiado fuerte para la pequeña atracción gravitacional que ejerce para hacer eso.

Alcanzando el equilibrio hidrostático

Cuando un objeto es lo suficientemente grande como para que la gravedad gane, superando la resistencia del material del que está hecho el objeto, tenderá a tirar de todo el material del objeto en una forma esférica. Los pedazos del objeto que estén demasiado altos se tirarán hacia abajo, desplazando el material debajo de ellos, lo que provocará que las áreas demasiado bajas se empujen hacia afuera.

Cuando se alcanza esa forma esférica, decimos que el objeto está en » equilibrio hidrostático «. Pero, ¿qué tan masivo debe ser un objeto para lograr el equilibrio hidrostático? Eso depende de lo que esté hecho. Un objeto hecho solo de agua líquida lo manejaría muy fácilmente, ya que esencialmente no tendría fuerza, ya que las moléculas de agua se mueven con bastante facilidad.

Mientras tanto, un objeto hecho de hierro puro necesitaría ser mucho más masivo para que su gravedad supere la fuerza inherente del hierro. En el sistema solar, el diámetro del umbral requerido para que un objeto helado se vuelva esférico es de al menos 400 kilómetros, y para los objetos hechos principalmente de material más fuerte, el umbral es aún mayor.

La luna de Saturno, Mimas, que se parece a la Estrella de la Muerte, es esférica y tiene un diámetro de 396 km. Actualmente, es el objeto más pequeño que conocemos que puede cumplir con el criterio.

La luna de Saturno, Mimas, según la imagen de la nave espacial Cassini, es apenas lo suficientemente grande como para que la gravedad la coloque en una forma esférica. El vasto cráter Herschel, que hace que Mimas parezca la Estrella de la Muerte, es la cicatriz de un impacto tan grande que casi destruye a Mimas. (Crédito de la imagen: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)

Constantemente en movimiento

Pero las cosas se complican más cuando piensas en el hecho de que todos los objetos tienden a girar o dar vueltas en el espacio. Si un objeto está girando, las ubicaciones en su ecuador (el punto a medio camino entre los dos polos) sienten efectivamente una atracción gravitacional ligeramente reducida en comparación con las ubicaciones cercanas al polo.

El resultado de esto es que la forma perfectamente esférica que esperarías en el equilibrio hidrostático se cambia a lo que llamamos un «esferoide achatado», donde el objeto es más ancho en su ecuador que en sus polos. Esto es cierto para nuestra Tierra en rotación, que tiene un diámetro ecuatorial de 12,756 km y un diámetro de polo a polo de 12,712 km.

Cuanto más rápido gira un objeto en el espacio, más dramático es este efecto. Saturno, que es menos denso que el agua, gira sobre su eje cada diez horas y media (en comparación con el ciclo más lento de 24 horas de la Tierra). Como resultado, es mucho menos esférico que la Tierra.

El diámetro ecuatorial de Saturno está justo por encima de los 120.500 km, mientras que su diámetro polar es de poco más de 108.600 km. ¡Esa es una diferencia de casi 12.000 km!

El último mosaico de campo amplio de Saturno y sus lunas de la nave espacial Cassini, tomado en septiembre de 2017, realmente da una idea de cuán achatado es el planeta gigante. (Crédito de la imagen: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)

Algunas estrellas son incluso más extremas. La brillante estrella Altair, visible en el cielo del norte desde Australia en los meses de invierno, es una de esas rarezas. Gira una vez cada nueve horas aproximadamente. ¡Eso es tan rápido que su diámetro ecuatorial es un 25% más grande que la distancia entre sus polos!

La respuesta corta

Cuanto más de cerca mires una pregunta como esta, más aprenderás. Pero para responderlo simplemente, la razón por la que los objetos astronómicos grandes son esféricos (o casi esféricos) es porque son lo suficientemente masivos como para que su atracción gravitacional pueda superar la resistencia del material del que están hechos.

Este es un artículo de Siempre me he preguntado , una serie en la que los lectores envían preguntas que les gustaría que respondiera un experto. Envíe su pregunta a [email protected]

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original .