Έχουμε την τάση να απεικονίζουμε τους πλανήτες ως σφαίρες. Συγκρατημένο από τη βαρύτητα, το υλικό ενός πλανήτη συμπιέζεται και μετατοπίζεται έως ότου η βαρύτητα και η πίεση φτάσουν σε ένα σημείο ισορροπίας που είναι γνωστό ως υδροστατική ισορροπία. Η υδροστατική ισορροπία είναι ένα από τα καθοριστικά χαρακτηριστικά ενός πλανήτη. Εάν ένας πλανήτης ήταν ακίνητος και ομοιόμορφης πυκνότητας, τότε σε ισορροπία, θα ήταν μια τέλεια σφαίρα. Αλλά οι πλανήτες περιστρέφονται, και έτσι ακόμη και οι μεγαλύτεροι πλανήτες δεν είναι τέλεια σφαίρα.
Όταν ένας πλανήτης περιστρέφεται, η περιοχή γύρω από τον ισημερινό κινείται πιο γρήγορα από τις περιοχές κοντά στους πόλους. Η βαρύτητα συγκρατείται πιο δύσκολα στην ισημερινή ύλη, και έτσι ο ισημερινός διογκώνεται ελαφρά προς τα έξω. Προσεκτικές μετρήσεις της Γης, για παράδειγμα, δείχνουν ότι διογκώνεται ελαφρά. Η διάμετρος της Γης κατά μήκος του ισημερινού είναι περίπου 40 χιλιόμετρα μεγαλύτερη από τη διάμετρο από πόλο σε πόλο. Αλλά αυτό είναι μικροσκοπικό σε σύγκριση με το συνολικό μέγεθος της Γης, γι' αυτό φαίνεται σαν μια τέλεια σφαίρα όταν την βλέπουμε από το διάστημα.
Ο νάνος πλανήτης Haumea έχει μια γρήγορη περιστροφή που τον ισοπεδώνει. Πραγματοποίηση: Στέφανι Χούβερ
Μερικοί πλανήτες περιστρέφονται τόσο γρήγορα που μπορούμε να δούμε την ισοπέδωσή τους με γυμνό μάτι. Ο Κρόνος είναι ίσως το καλύτερο παράδειγμα αυτού. Έχει μέση πυκνότητα μικρότερη από το νερό και η «ημέρα» του διαρκεί μόνο 10 ώρες. Η πιο ακραία περίπτωση στο ηλιακό μας σύστημα είναι πιθανότατα ο νάνος πλανήτης Haumea, ο οποίος περιστρέφεται κάθε 4 ώρες. Δεν έχουμε εικόνες υψηλής ανάλυσης της Haumea, αλλά οι παρατηρήσεις της μεταβαλλόμενης φωτεινότητάς της δείχνουν ότι έχει ισημερινή διάμετρο μεγαλύτερη από τη διπλάσια από την πολική της διάμετρο.
Τα πράγματα γίνονται ενδιαφέροντα καθώς ένας πλανήτης είναι πιο ογκώδης. Ο Δίας, για παράδειγμα, περιστρέφεται λίγο πιο γρήγορα από τον Κρόνο, αλλά είναι σημαντικά λιγότερο πεπλατυσμένος. Αυτό συμβαίνει επειδή ο Δίας έχει τριπλάσια μάζα από τον Κρόνο, επομένως η βαρύτητα του Δία μπορεί να συγκρατήσει καλύτερα τα πράγματα. Με μεγαλύτερη μάζα έρχεται και ισχυρότερη βαρύτητα, οπότε θα νομίζατε ότι πλανήτες μεγαλύτεροι από τον Δία θα ήταν σφαιρικοί. Όμως, όπως δείχνει μια πρόσφατη μελέτη, αυτό μπορεί να μην είναι πάντα έτσι.
Η μελέτη επικεντρώνεται σε καφέ νάνους, οι οποίοι βρίσκονται στην κλίμακα μάζας μεταξύ άστρων και πλανητών. Ένας καφέ νάνος έχει μάζα μεταξύ περίπου 13 και 78 Δία. Κάτω από 78 μάζες του Δία, ένα σώμα δεν είναι αρκετά μεγάλο για να συντήξει υδρογόνο σαν ένα σωστό αστέρι. Πάνω από 13 μάζες του Δία, ένα σώμα μπορεί να συντήξει λίγο δευτερίου, επομένως δεν είναι πραγματικά πλανήτης. Από κοντά, οι πιο ογκώδεις καφέ νάνοι θα μοιάζουν με μικρά κοκκινωπά αστέρια, ενώ οι μικρότεροι καφέ νάνοι (γνωστοί ως υ-νάνοι ) θα έμοιαζε πολύ με τον Δία. Παρόλο που είναι πιο μαζικοί από τον Δία, οι νάνοι y θα είχαν περίπου το ίδιο μέγεθος, απλώς πιο πυκνοί λόγω της ισχυρότερης βαρύτητάς τους.
Πώς η καμπύλη φωτός ενός πλανήτη μας λέει την περιστροφή του. Πίστωση: Robert Hurt (IPAC/Caltech)
Οι αστρονόμοι έχουν βρει περισσότερους από 2.800 καφέ νάνους. Για τα περισσότερα από αυτά, γνωρίζουμε μόνο τις βασικές ιδιότητές τους, αλλά για 78 από αυτά, γνωρίζουμε τις περιόδους περιστροφής τους. Μπορούμε να το μετρήσουμε αυτό παρατηρώντας τη διακύμανση της φωτεινότητας του νάνου με την πάροδο του χρόνου. Δεδομένου ότι το στρώμα νέφους τους έχει καιρικά χαρακτηριστικά όπως ο Δίας, η περιοδικότητα της φωτεινότητάς τους μας λέει το ρυθμό περιστροφής τους. Όταν η ομάδα ανέλυσε τις περιόδους περιστροφής αυτών των κόσμων, διαπίστωσε ότι οι συντομότερες περίοδοι περιστροφής ήταν λίγο περισσότερο από μία ώρα. Τρεις από τους καφέ νάνους που μελετήθηκαν είχαν περιόδους περίπου μιας ώρας, που θα έδειχναν ένα ανώτερο όριο.
Αυτό είναι εξαιρετικά γρήγορο. Σημαίνει ότι κοντά στον ισημερινό μερικοί από αυτούς τους καφέ νάνους περιστρέφονται με περισσότερα από 100 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Αν υποθέσουμε ότι οι καφέ νάνοι έχουν σύνθεση παρόμοια με τον Δία, τότε αυτά τα σώματα που περιστρέφονται γρήγορα θα έχουν ένα επίπεδο σχήμα παρόμοιο με τον Κρόνο, ακόμη και με πολύ υψηλότερη επιφανειακή βαρύτητα.
Δεν είναι ξεκάθαρο γιατί η μέγιστη περιστροφή είναι περίπου μία ώρα, αλλά μια ιδέα είναι ότι ο καφέ νάνος θα σχιζόταν αν περιστρεφόταν πιο γρήγορα. Δεδομένου ότι οι καφέ νάνοι δεν παράγουν θερμότητα μέσω της σύντηξης, σταδιακά ψύχονται καθώς γερνούν. Με λιγότερη θερμότητα και πίεση, η βαρύτητα τα πιέζει πιο σφιχτά, προκαλώντας τη συρρίκνωση τους. Με περισσότερη μάζα πιο κοντά στον άξονα περιστροφής, ο καφέ νάνος θα περιστρέφεται πιο γρήγορα. Έτσι, οι καφέ νάνοι θα μπορούσαν να φτάσουν αυτό το ανώτατο όριο καθώς γερνούν και μετά να αρχίσουν να διασπώνται καθώς προσπαθούν να περιστρέφονται πιο γρήγορα.
Είναι μια συναρπαστική ιδέα, αλλά θα χρειαστούμε περισσότερα δεδομένα παρατήρησης για να τη δοκιμάσουμε. Προς το παρόν, μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα ότι ακόμη και μερικά από τα μεγαλύτερα σώματα που μοιάζουν με πλανήτες ισοπεδώνουν τη σφαιρική καμπύλη.
Αναφορά:Tannock, Megan Ε., et al. ' Καιρός σε άλλους κόσμους. V. Οι τρεις πιο γρήγορα περιστρεφόμενοι εξαιρετικά ψυχροί νάνοι .arXiv προεκτύπωσηarXiv: 2103.01990 (2021).