Máme tendenci představovat si planety jako koule. Materiál planety, který je držen pohromadě gravitací, se stlačuje a posouvá, dokud gravitace a tlak nedosáhnou rovnovážného bodu známého jako hydrostatická rovnováha. Hydrostatická rovnováha je jednou z definujících charakteristik planety. Pokud by planeta stála a měla stejnoměrnou hustotu, pak by v rovnováze byla dokonalou koulí. Ale planety rotují, a tak ani ty největší planety nejsou dokonalou koulí.
Když se planeta otáčí, oblast kolem rovníku se pohybuje rychleji než oblasti poblíž pólů. Gravitace se hůře drží na rovníkové hmotě, a tak se rovník mírně vyboulí. Pečlivá měření Země například ukazují, že se mírně vyboulí. Průměr Země podél rovníku je asi o 40 kilometrů větší než průměr od pólu k pólu. Ve srovnání s celkovou velikostí Země je to ale nepatrné, a proto při pohledu z vesmíru vypadá jako dokonalá koule.
Trpasličí planeta Haumea má rychlou rotaci, která ji zplošťuje. Kredit: Stephanie Hoover
Některé planety rotují tak rychle, že jejich zploštění vidíme pouhým okem. Saturn je toho možná nejlepším příkladem. Má průměrnou hustotu menší než voda a její „den“ trvá pouze 10 hodin. Nejextrémnějším případem v naší sluneční soustavě je pravděpodobně trpasličí planeta Haumea, která rotuje každé 4 hodiny. Nemáme snímky Haumey s vysokým rozlišením, ale pozorování její měnící se jasnosti naznačují, že má rovníkový průměr více než dvojnásobek svého polárního průměru.
Věci začínají být zajímavé, protože planeta je hmotnější. Jupiter se například otáčí o něco rychleji než Saturn, ale je výrazně méně zploštělý. Je to proto, že Jupiter má třikrát větší hmotnost než Saturn, takže Jupiterova gravitace může lépe držet věci pohromadě. S větší hmotností přichází silnější gravitace, takže byste si mysleli, že planety větší než Jupiter budou kulovité. Ale jak ukazuje nedávná studie, nemusí tomu tak být vždy.
Studie se zaměřuje na hnědé trpaslíky, kteří leží na hmotnostním měřítku mezi hvězdami a planetami. Hnědý trpaslík má hmotnost mezi asi 13 a 78 Jupitery. Těleso s hmotností pod 78 hmotností Jupiteru není dostatečně velké na to, aby fúzovalo vodík jako správná hvězda. Těleso nad 13 hmotností Jupiteru může fúzovat trochu deuteria, takže ve skutečnosti nejsou planetou. Zblízka by nejhmotnější hnědí trpaslíci vypadali jako malé načervenalé hvězdy, zatímco nejmenší hnědí trpaslíci (známí jako y-trpaslíci ) by vypadalo velmi podobně jako Jupiter. I když jsou hmotnější než Jupiter, y-trpaslíci by byli přibližně stejně velcí, jen by byli hustší kvůli jejich silnější gravitaci.
Jak nám světelná křivka planety říká její rotaci. Kredit: Robert Hurt (IPAC/Caltech)
Astronomové našli více než 2800 hnědých trpaslíků. U většiny z nich známe pouze jejich základní vlastnosti, ale u 78 z nich známe periody rotace. Můžeme to měřit pozorováním změn jasu trpaslíka v průběhu času. Vzhledem k tomu, že jejich vrstva oblačnosti má povětrnostní rysy jako Jupiter, periodicita jejich jasnosti nám říká jejich rychlost rotace. Když tým analyzoval rotační periody těchto světů, zjistili, že nejkratší rotační periody byly něco málo přes hodinu. Tři ze zkoumaných hnědých trpaslíků měli periody asi hodinu, což by znamenalo horní hranici.
To je mimořádně rychlé. Znamená to, že v blízkosti rovníku se někteří z těchto hnědých trpaslíků otáčejí rychlostí více než 100 kilometrů za sekundu. Pokud předpokládáme, že hnědí trpaslíci mají složení podobné Jupiteru, pak by tato rychle rotující tělesa měla zploštělý tvar podobný Saturnu, a to i při mnohem vyšší povrchové gravitaci.
Není jasné, proč je maximální rotace asi hodinu, ale jedna myšlenka je, že by se hnědý trpaslík roztrhl na kusy, kdyby se točil rychleji. Vzhledem k tomu, že hnědí trpaslíci neprodukují teplo fúzí, postupně se ochlazují, jak stárnou. S menším teplem a tlakem je gravitace pevněji sevře, což způsobí jejich smrštění. S větší hmotou blíže k ose rotace by se hnědý trpaslík točil rychleji. Takže hnědí trpaslíci by mohli dosáhnout této horní hranice, jak stárnou, a pak se začít rozpadat, když se pokoušejí otáčet rychleji.
Je to fascinující nápad, ale k jeho testování budeme potřebovat více pozorovacích dat. Prozatím můžeme s jistotou říci, že i některá z největších těles podobných planetám zplošťují kulovou křivku.
Odkaz:Tannock, Megan E., a kol. “ Počasí na jiných světech. V. Tři nejrychleji rotující ultrachladní trpaslíci .'arXiv předtiskarXiv: 2103.01990 (2021).
