Vi har en tendens til at forestille os planeter som kugler. Holdt sammen af tyngdekraften komprimerer materialet på en planet og flytter sig, indtil tyngdekraften og trykket når et balancepunkt kendt som hydrostatisk ligevægt. Hydrostatisk ligevægt er en af de definerende egenskaber for en planet. Hvis en planet var stationær og med ensartet tæthed, ville den ved ligevægt være en perfekt kugle. Men planeter roterer, og så selv de største planeter er ikke en perfekt kugle.
Når en planet roterer, bevæger området omkring ækvator sig hurtigere end områderne nær polerne. Tyngdekraften har sværere ved at holde på ækvatorstoffet, og så buler ækvator lidt ud. Omhyggelige målinger af Jorden viser for eksempel, at den buler lidt. Jordens diameter langs ækvator er omkring 40 kilometer større end diameteren fra pol til pol. Men dette er lille i forhold til Jordens samlede størrelse, og det er derfor, det ligner en perfekt kugle, når det ses fra rummet.
Dværgplaneten Haumea har en hurtig rotation, der flader den ud. Kredit: Stephanie Hoover
Nogle planeter roterer så hurtigt, at vi kan se deres fladning med det blotte øje. Saturn er måske det bedste eksempel på dette. Den har en gennemsnitlig tæthed mindre end vand, og dens 'dag' er kun 10 timer lang. Det mest ekstreme tilfælde i vores solsystem er sandsynligvis dværgplaneten Haumea, som roterer hver 4. time. Vi har ikke billeder i høj opløsning af Haumea, men observationer af dens varierende lysstyrke indikerer, at den har en ækvatorial diameter, der er mere end dobbelt så stor som dens polære diameter.
Ting bliver interessante, da en planet er mere massiv. Jupiter roterer for eksempel en smule hurtigere end Saturn, men er væsentligt mindre fladtrykt. Det skyldes, at Jupiter har tre gange Saturns masse, så Jupiters tyngdekraft bedre kan holde tingene sammen. Med større masse kommer stærkere tyngdekraft, så man skulle tro, at planeter større end Jupiter ville være sfæriske. Men som en nylig undersøgelse viser, er det måske ikke altid sådan.
Undersøgelsen fokuserer på brune dværge, som ligger på masseskalaen mellem stjerner og planeter. En brun dværg har en masse mellem omkring 13 og 78 Jupiter. Under 78 Jupiter-masser er et legeme ikke stort nok til at smelte brint sammen som en egentlig stjerne. Over 13 Jupiter-masser kan en krop sammensmelte en smule deuterium, så de er ikke rigtig en planet. På tæt hold vil de fleste massive brune dværge ligne små rødlige stjerner, mens de mindste brune dværge (kendt som y-dværge ) ville virke meget Jupiter-agtig. Selvom de er mere massive end Jupiter, ville y-dværge være omtrent samme størrelse, bare mere tætte på grund af deres stærkere tyngdekraft.
Hvordan lyskurven på en planet fortæller os dens rotation. Kredit: Robert Hurt (IPAC/Caltech)
Astronomer har fundet mere end 2.800 brune dværge. For de fleste af dem kender vi kun deres grundlæggende egenskaber, men for 78 af dem kender vi deres rotationsperioder. Vi kan måle dette ved at observere dværgens variation i lysstyrke over tid. Da deres skylag har vejrtræk som Jupiter, fortæller periodiciteten af deres lysstyrke os deres rotationshastighed. Da holdet analyserede rotationsperioderne i disse verdener, fandt de ud af, at de korteste rotationsperioder var lidt over en time. Tre af de undersøgte brune dværge havde perioder på omkring en time, hvilket ville indikere en øvre grænse.
Dette er ekstraordinært hurtigt. Det betyder, at nogle af disse brune dværge nær ækvator roterer med mere end 100 kilometer i sekundet. Hvis vi antager, at brune dværge har en sammensætning, der ligner Jupiter, så ville disse hurtigtroterende kroppe have en fladtrykt form, der ligner Saturn, selv med en meget højere overfladetyngdekraft.
Det er ikke klart, hvorfor den maksimale rotation er omkring en time, men en idé er, at den brune dværg ville rive sig selv fra hinanden, hvis den snurrede hurtigere. Da brune dværge ikke producerer varme gennem fusion, afkøles de gradvist, efterhånden som de bliver ældre. Med mindre varme og tryk klemmer tyngdekraften dem mere stramt, hvilket får dem til at krympe. Med mere masse tættere på rotationsaksen ville den brune dværg spinde hurtigere. Så brune dværge kan nå denne øvre grænse, når de bliver ældre, og derefter begynde at bryde fra hinanden, når de forsøger at spinde hurtigere.
Det er en fascinerende idé, men vi har brug for flere observationsdata for at teste det. Indtil videre kan vi ganske sikkert sige, at selv nogle af de største planetlignende kroppe udjævner den sfæriske kurve.
Reference:Tannock, Megan E., et al. “ Vejret i andre verdener. V. De tre hurtigst roterende ultra-seje dværge .'arXiv fortrykarXiv: 2103.01990 (2021).
