Во Вселенной господствует стремление к порядку, и одним из самых наглядных его проявлений является сферическая форма небесных тел. От крошечных мыльных пузырей до гигантских звезд и черных дыр — физические силы «заставляют» материю принимать форму шара. Астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его бессменный соведущий Чак Найс разбираются, почему космос не терпит углов и какие исключения превращают идеальные сферы в плоские диски или даже «космические пончики».
🧼 Геометрия минимализма: от мыльных пузырей до замерзших голубей 0:00
В основе «округлости» окружающего мира лежат фундаментальные законы физики, стремящиеся к минимизации усилий и сохранению энергии. Как отмечает Нил Деграсс Тайсон, когда мы говорим «круглый» применительно к объектам Вселенной, мы почти всегда имеем в виду трехмерную сферу . В природе практически не существует идеально плоских кругов; даже черные дыры — это сферы, а не отверстия в ткани пространства .
Первым и самым доступным примером действия этих сил является мыльный пузырь. Тонкая пленка мыльного раствора всегда стремится занять как можно меньшую площадь поверхности . Математически доказано: для заданного объема материала именно сфера является фигурой с наименьшей площадью поверхности .
Этот же принцип термодинамики проявляется в животном мире. Тайсон приводит в пример «холодных голубей»:
- В холодную погоду птицы максимально нахохливаются, стремясь принять форму шара .
- Такая форма позволяет им спрятать выступающие части тела и минимизировать потерю тепла .
- Чем ближе форма тела к сфере, тем эффективнее сохраняется внутренняя энергия организма.
🪨 Гравитация как скульптор: почему астероиды похожи на картошку 3:31
Если на малых масштабах форму диктует поверхностное натяжение, то на космических уровнях в игру вступает гравитация. Небольшие небесные тела, такие как астероиды, редко бывают круглыми. По словам Тайсона, их форма определяется структурной целостностью камня . Если астероид мал, его собственная гравитация слишком слаба, чтобы преодолеть сопротивление горной породы, поэтому он может выглядеть как «картофелина из Айдахо» .
Однако, как только объект набирает критическую массу, ситуация меняется:
- Гравитация становится сильнее, чем прочность материалов, из которых состоит тело .
- Все «высокие» места начинают проваливаться в «низкие» под собственным весом.
- Гравитация тянет всю материю к центру масс одинаково со всех сторон .
- В результате объект неизбежно принимает форму сферы.
Именно поэтому одним из критериев определения планеты является её способность под действием собственной гравитации принимать гидростатически равновесную (близкую к сферической) форму . Плутон и даже его луна Харон удовлетворяют этому правилу, в отличие от большинства мелких астероидов .
🪐 Исключения из правил: сплюснутые планеты и исчезающие кольца 7:48
Не все объекты во Вселенной остаются идеальными сферами. Главным фактором, нарушающим симметрию, является быстрое вращение. Тайсон объясняет, что центробежные силы заставляют вращающиеся объекты «растекаться» у экватора .
Ярким примером служит Сатурн:
- Планета совершает полный оборот вокруг своей оси всего за 10 часов .
- Из-за огромной скорости вращения Сатурн сплюснут на 10% .
- Расстояние от полюса до полюса у него заметно меньше, чем диаметр в районе экватора.
Что касается знаменитых колец Сатурна, то они представляют собой обломки, которые не смогли собраться в единую сферу из-за орбитальной динамики. Однако Тайсон с сожалением отмечает, ссылаясь на современные исследования, что кольца — это временное явление . По его словам, 10 миллионов лет назад у Сатурна, вероятно, не было колец, и динозавры, глядя в телескопы, увидели бы «голую» планету . В будущем эти частицы либо упадут на планету, либо соберутся в новые луны, как это произошло с Луной Земли .
🌌 Плоские галактики и черные дыры в форме пончика 10:00
Если планеты и звезды стремятся к форме шара, то целые галактики часто выглядят как плоские диски. Нил Деграсс Тайсон объясняет это природой материала: галактики формировались из огромных облаков газа . При столкновении газовые частицы «слипаются», теряя вертикальный импульс, но сохраняя вращение, что в итоге приводит к формированию плоской структуры в срединной плоскости .
Даже черные дыры подчиняются правилам вращения:
- Неподвижная черная дыра — это идеальная сфера .
- При экстремально быстром вращении черная дыра может деформироваться.
- Согласно математическим моделям, очень быстро вращающаяся черная дыра может принять форму тора (пончика) .
В завершение дискуссии Тайсон упоминает свое эссе «О том, как быть круглым» (On Being Round) . Он иронично замечает, что понимание физики формирования сфер во Вселенной делает аргументы сторонников теории плоской Земли бессмысленными, так как силы природы естественным образом работают против плоских дискообразных структур в таких масштабах .
