Технически, планеты круглые по определению; они должны обладать достаточной массой, чтобы создать гравитацию, необходимую для придания им сферической формы.
«На самом деле, одно из требований к планетам — наличие достаточной массы, которая делает их круглыми, — рассказала Live Science Сусана Баррос, старший научный сотрудник Института астрофизики и космических наук в Португалии.
Но это не обязательно означает, что планеты — идеальные сферы. «Мы называем их круглыми, но на самом деле они не идеально круглые, включая нашу Землю», — сказал в интервью Live Science Амирхоссейн Багери, исследователь планетарных наук и геофизики из Калифорнийского технологического института.
Земля и подобные ей планеты часто имеют выпуклость в районе экватора, вызванную центробежной силой— силой, направленной наружу, которую испытывает вращающийся объект. На Земле эта выпуклость незначительна, но существенна: Из-за различий в центробежной силе и удаленности от центра Земли вещи на экваторе весят примерно на 0,5% меньше, чем на полюсах.
Но этот эффект может быть драматичным при благоприятных обстоятельствах. «Если планета вращается очень быстро, то полюса сплющиваются», — говорит Баррос, что приводит к появлению сплющенной формы, похожей на футбольный мяч.
Центробежная сила — не единственная сила, которая может изменить форму планеты. «Если тело находится достаточно близко к звезде-хозяину, то гравитационные силы, действующие на тело, становятся настолько большими, что планета вытягивается», — говорит Багери.
Одним из таких тел является экзопланета WASP-103 b, газовый гигант размером в два раза больше Юпитера и в 1,5 раза больше его массы, вращающийся вокруг звезды, которая почти в два раза больше Солнца.
WASP-103 b также находится «очень, очень близко к звезде», — говорит Баррос. Это меняет ее форму. «Существует баланс между силой газа, называемой гидростатическим равновесием, которая стремится расширить планету… и силой гравитационного притяжения». По словам Барроса, это притяжение со стороны звезды-хозяина приводит к тому, что планета приобретает «рваную форму».
Эта деформация может даже изменить способ вращения планеты. Если вначале планета имеет ярко выраженную выпуклость в сторону родной звезды и продолжает вращаться нормально, «то эта выпуклость не всегда будет находиться в одном и том же месте», — говорит Баррос.
На перемещение этой выпуклости вокруг планеты при ее вращении тратится много энергии. «Поэтому они начинают вот так, а потом очень быстро выравниваются», — говорит Баррос. Планета оказывается приливно-откинутой к своей звезде-хозяину, когда одна и та же сторона планеты все время обращена к звезде.
Кроме того, WASP-103 b движется по орбите своей звезды очень быстро, что приводит к сплющиванию ее полюсов, говорит Баррос. В результате планета получилась очень сжатой.
Но даже сжатая сфера все равно остается в основном сферической. Некоторые ученые предполагают возможность существования тороидальной планеты, или планеты в форме пончика. Гипотетически это может произойти, если планета вращается достаточно быстро, чтобы внешняя центробежная сила перевесила силу гравитации, притягивающую массу планеты к ее центру.
Но тороидальная планета никогда не наблюдалась, и вряд ли это произойдет в ближайшем будущем. «Это больше научная фантастика, чем наука», — говорит Багери.
Тем не менее, представления о формах планет за пределами традиционной сферической модели вдохновляют ученых на дальнейшие исследования. Одним из удивительных вариантов могут быть планеты с неправильной формой, возникшие в результате сильных столкновений или экзотических физических процессов. Такие тела, как астероиды, имеют произвольные формы и напоминают о том, что в космосе существует множество разнообразных объектов.
Кроме того, вращение планеты может сыграть важную роль в формировании ее структуры. Например, в условиях низкой гравитации и высокой скорости вращения, планеты могут принимать более выраженные геометрические формы, свои «плоские» экваторы, как у некоторых спутников и карликовых планет, таких как Плутон.
В конечном счете, исследование возможных форм планет может расширить наше понимание не только планетарной физики, но и условий, необходимых для возникновения жизни на этих объектах. Экзопланеты с необычными формами могут пролить свет на то, как возникают различные экосистемы и какие планетарные условия способствуют этому. Так, даже в тех уголках Вселенной, где традиционные представления о планетах могут подвергаться сомнению, открываются новые горизонты научных открытий.
