Вопрос на засыпку: почему Земля шарообразная?

Допустим, ребёнок задаёт вам такой вопрос. Уверены, что сможете ответить?
В галактике Млечный путь, по оценкам астрономов, как минимум триллион планет. Условия на этих планетах (давление, температура, химический состав атмосферы, скорость ветра и так далее) могут быть самыми разными. Но при этом у абсолютно всех планет есть одна общая черта: они имеют форму шара. Но почему? Почему не бывает планет в форме куба? Или кольца?

Вопрос на засыпку: почему Земля шарообразная?

Планеты Солнечной системы (в масштабе)

Справедливости ради стоит сразу сказать: далеко не все планеты представляют собой совершенный, идеальный шар. Например, спутник Сатурна Пан имеет форму… правильного пельменя!
А сплюснутость Юпитера видна даже в школьный телескоп. Он сплюснут, потому что вращается очень быстро — сутки на Юпитере длятся всего 10 часов! Пять часов ночь и пять часов день…
Кстати, наша с вами Земля тоже не правильный шарик. На языке науки её форма называется «эллипсоид вращения», а ещё более точно – «геоид».
Впервые понятие геоида в науку ввёл ещё знаменитый немецкий математик Карл Фридрих Гаусс. Геоид тоже слегка сплюснутый (хотя и не так сильно, как Юпитер), а ещё как бы «примятый», со своего рода «волнами» на поверхности. Связано это с особенностями строения нашей планеты – её масса распределяется (как на поверхности, так и глубоко внутри) неравномерно, отсюда и отклонения от идеальной математически правильной формы. Для школьной географии такими отклонениями можно пренебречь – но вот, скажем, для точной работы GPS-навигатора они исключительно важны!
Однако в целом, если не углубляться в подробности, и Юпитер, и Земля – «круглые». Как и все остальные планеты во Вселенной. Почему? И ладно бы все объекты во Вселенной были бы круглые. Но это не так! Скажем, многие астероиды и ядра комет обладают совершенно неправильной формой – они напоминают не мячики, а причудливой формы булыжники…

Вопрос на засыпку: почему Земля шарообразная?

Ядро кометы Чурюмова-Герасименко. Ну и где тут «универсальная» шарообразность?

Звёзды тоже могут быть неправильной формы: да, наше с вами Солнце – «шарик», а вот, скажем, звезда Шелиак (она же Бета Лиры) имеет крайне причудливый вид: вытянутый шар, от которого тянется «рукав», закрученный в спираль.

Вопрос на засыпку: почему Земля шарообразная?

Звезда Шелиак (вид в телескоп и реконструкция)

А звезда VFTS 352 из Большого Магелланова облака и вовсе выглядит как раскалённая «гантель».

Вопрос на засыпку: почему Земля шарообразная?

Звезда VFTS 352 из Большого Магелланова Облака

А вот планеты – шарики. Все! Почему? Почему Земля круглая?
Напряжённое ожидание… Барабанная дробь… Внимание, правильный ответ: потому что наша планета – капля.
«Что?! – скажете вы, – какая такая капля? Во-первых, капля – она сверху остренькая. Как слеза. А во-вторых, капля бывает только у воды или другой жидкости. А Земля – она сделана из гранита и базальта. А они – твёрдые!».
Мда. А ведь так хотелось обойтись без длинных объяснений…
Начнём с «во-первых». Характерную вытянутую форму «слезы» капля воды приобретает, когда стекает по поверхности, или же только-только начинает падать – скажем, с листа дерева после дождя. Но вот во время свободного падения капли воды (или любой другой жидкости) имеют форму шарика, иногда слегка неправильного, сплюснутого… Совсем как планеты…

Вопрос на засыпку: почему Земля шарообразная?

Капли дождя в полёте

Но почему капля приобретает именно шарообразную форму?
Как известно, капля воды состоит из молекул. Движущихся крохотных частичек. Молекул в капле непередаваемо много – примерно 40 секстиллионов. Вот столько:
40 000 000 000 000 000 000 000
Эти молекулы связаны между собой особыми силами – силами молекулярного сцепления. На поверхности воды образуется как бы натянутая «плёнка» из сцепленных друг с другом молекул. А дальше происходит нечто необыкновенное. Каждая из молекул как бы «стремится» к тому, чтобы тратить на поддержание связей с другими молекулами как можно меньше сил. Само собой, молекулы не являются живыми – но в данном случае ведут себя совсем как живые. Это явление можно описать языком дифференциальных уравнений, то есть высшей математики. Но, подозреваю, что такое объяснение вам не очень «зайдёт». Попробуем объяснить нагляднее и понятнее.
Возьмём детей из одного школьного класса – допустим, 30 человек. Вы можете даже уговорить своих одноклассников на такой «эксперимент» на школьном дворе. Будет весело, обещаю. Пускай они все возьмутся за руки и встанут в хоровод – как на новогоднем празднике, «вокруг ёлочки». И начнут двигаться, желательно как можно быстрее. Главное – не расцеплять руки! Если мы посмотрим на этот хоровод сверху, то убедимся, что он образует почти идеальный круг.

Вопрос на засыпку: почему Земля шарообразная?

Остановите хоровод и расставьте детей так, чтобы они образовали НЕ круг. Скажем, треугольник. Или квадрат. Или даже пятиконечную звезду. Руки при этом НЕ расцепляем! А теперь отдадим команду – снова начинаем движение! Быстрее, ребята, быстрее!
Сохранит ли детский хоровод форму треугольника? Или квадрата? Нет! Как только он придёт в движение, буквально через пару-тройку секунд снова станет «кругленьким», «без углов». Происходит это потому, что каждый ребёнок в цепочке стремится тратить при движении как можно меньше сил, найти максимально комфортное положение. Примерно то же самое происходит при взаимодействии молекул воды внутри капли – и, если на неё не действуют никакие посторонние силы, она обязательно примет шарообразную форму.
Теперь «во-вторых». Да, «снаружи» наша Земля твёрдая. Она из камней, скал и так далее. Но «твёрдая снаружи» вовсе не означает «твёрдая внутри»! Планета Земля начала формироваться больше 4 с половиной миллиардов лет назад. Крохотные частички пыли, из которых состояла окружающая совсем молодое Солнце туманность, слипались в комочки, комочки – в комки побольше, ещё больше, ещё… Образовывались неправильной формы «булыжники» – многие из них дожили до наших дней, это те самые астероиды и ядра комет. Но многие сталкивались друг с другом, «сцеплялись», образуя всё более и более крупные небесные тела… Будущая Земля (учёные говорят «Протоземля») медленно росла, «пухла» в самом прямом смысле этого слова!
Шли тысячи лет. Земля стала настолько большой, что верхние её слои стали сильно, очень сильно давить на находящиеся в глубине. Как при игре в «кучу малу» на перемене – пока играет только 3-4 ребёнка, всем весело и хорошо. А если вдруг в кучу малу собрался весь класс? Тогда тем, кто окажется в самом низу, на полу, придётся очень даже несладко, правда? Вот и Протоземля – давление в её центре поднималось всё выше. А когда поднимается давление – обязательно поднимается температура, это обыкновенная школьная физика. 100 градусов, 500, 1000… Входящие в состав «булыжников» материалы начинают плавиться. Сперва олово, цинк, затем алюминий, кремний… При температуре +1800 градусов начинает плавиться железо. Жидкая зона начинает расширяться – более лёгкие материалы (алюминий, кремний) стремятся подняться «наверх», а более тяжёлые (железо, никель) – опуститься «вниз», к центру. И в какой-то момент оказывается, что вся Протоземля превратилась в гигантскую «каплю» из расплавленных железа и никеля, покрытую тонкой «корочкой» из силикатов и других лёгких соединений! А капля у нас приобретает форму… ну вы поняли.

Вопрос на засыпку: почему Земля шарообразная?

Протоземля (рисунок художника)

Само собой, на этом история возникновения Земли не заканчивается. Земля продолжала расти, она сталкивалась с другими небесными телами, иногда очень крупными… Давление на глубине стало настолько огромным, что в самом центре планеты образовалось твёрдое железное ядро. Раскалённое до температуры +6500 градусов, это жарче, чем поверхность Солнца! Но всё-таки твёрдое. Вокруг твёрдого ядра находится жидкое ядро из расплавленных железа и никеля. Именно благодаря такому сложно устроенному ядру, кстати, у нашей планеты возникло магнитное поле… Выше жидкого ядра располагается вязкая мантия, а на самой поверхности – тонкая твёрдая кора.
Все другие планеты формировались схожим образом. Какие-то из них оказались больше Земли (как Юпитер), какие-то – меньше (как Меркурий или Марс). Какие-то из них остались активными (как Земля и Венера), какие-то уже давно остыли, «умерли» (снова как Марс или Меркурий). Но все они так или иначе проходили через «капельную», «полужидкую» фазу развития – и стали круглыми «шариками».
Вопрос для самопроверки: почему мелкие астероиды и ядра комет сохранили древнюю «неправильную» форму?

Вопрос на засыпку: почему Земля шарообразная?

Тот самый спутник Сатурна Пан

(Ответ: потому что они не смогли набрать достаточно большую массу, «не доросли». Температура внутри у них просто не смогла подняться до такой степени, чтобы горные породы внутри начали плавиться. Вот и всё.)
Источник

Оставьте комментарий

Яндекс.Метрика