Vi tenderar att avbilda planeter som sfärer. Hålls samman av gravitationen, komprimeras materialet på en planet och skiftar tills gravitationen och trycket når en balanspunkt som kallas hydrostatisk jämvikt. Hydrostatisk jämvikt är en av de definierande egenskaperna hos en planet. Om en planet vore stationär och med enhetlig densitet, då vid jämvikt, skulle den vara en perfekt sfär. Men planeter roterar, och därför är inte ens de största planeterna en perfekt sfär.
När en planet roterar rör sig området runt ekvatorn snabbare än områdena nära polerna. Tyngdkraften har svårare att hålla fast vid ekvatormaterien, och därför buktar ekvatorn ut något. Noggranna mätningar av jorden visar till exempel att den buktar något. Jordens diameter längs ekvatorn är cirka 40 kilometer större än diametern från pol till pol. Men det här är litet jämfört med jordens totala storlek, vilket är anledningen till att den ser ut som en perfekt sfär när den ses från rymden.
Dvärgplaneten Haumea har en snabb rotation som plattar ut den. Kredit: Stephanie Hoover
Vissa planeter roterar så snabbt att vi kan se hur de plattas ut med blotta ögat. Saturnus är kanske det bästa exemplet på detta. Den har en genomsnittlig densitet som är mindre än vatten, och dess 'dag' är bara 10 timmar lång. Det mest extrema fallet i vårt solsystem är sannolikt dvärgplaneten Haumea, som roterar var fjärde timme. Vi har inga högupplösta bilder av Haumea, men observationer av dess varierande ljusstyrka indikerar att den har en ekvatorial diameter som är mer än dubbelt så stor som dess polära diameter.
Saker och ting blir intressanta eftersom en planet är mer massiv. Jupiter, till exempel, roterar lite snabbare än Saturnus men är betydligt mindre tillplattad. Det beror på att Jupiter har tre gånger massan av Saturnus, så Jupiters gravitation kan bättre hålla ihop saker. Med större massa kommer starkare gravitation, så man skulle kunna tro att planeter större än Jupiter skulle vara sfäriska. Men som en nyligen genomförd studie visar, kanske det inte alltid är så.
Studien fokuserar på bruna dvärgar, som ligger på massskalan mellan stjärnor och planeter. En brun dvärg har en massa mellan cirka 13 och 78 Jupiter. Under 78 Jupitermassor är en kropp inte tillräckligt stor för att smälta samman väte som en riktig stjärna. Över 13 Jupiter-massor kan en kropp smälta ihop lite deuterium, så de är egentligen inte en planet. På nära håll skulle de flesta massiva bruna dvärgarna se ut som små rödaktiga stjärnor, medan de minsta bruna dvärgarna (känd som y-dvärgar ) skulle verka väldigt Jupiter-liknande. Även om de är mer massiva än Jupiter, skulle y-dvärgar vara ungefär lika stora, bara tätare på grund av deras starkare gravitation.
Hur ljuskurvan på en planet berättar om dess rotation. Kredit: Robert Hurt (IPAC/Caltech)
Astronomer har hittat mer än 2 800 bruna dvärgar. För de flesta av dem känner vi bara till deras grundläggande egenskaper, men för 78 av dem känner vi till deras rotationsperioder. Vi kan mäta detta genom att observera dvärgens variation i ljusstyrka över tiden. Eftersom deras molnlager har väderegenskaper som Jupiter, talar periodiciteten för deras ljusstyrka om deras rotationshastighet. När teamet analyserade rotationsperioderna för dessa världar fann de att de kortaste rotationsperioderna var drygt en timme. Tre av de bruna dvärgarna som studerades hade perioder på cirka en timme, vilket skulle tyda på en övre gräns.
Detta är utomordentligt snabbt. Det betyder nära ekvatorn som några av dessa bruna dvärgar roterar i mer än 100 kilometer per sekund. Om vi antar att bruna dvärgar har en sammansättning som liknar Jupiter, så skulle dessa snabbt roterande kroppar ha en tillplattad form som liknar Saturnus, även med en mycket högre yttyngdkraft.
Det är inte klart varför den maximala rotationen är ungefär en timme, men en idé är att den bruna dvärgen skulle slita sönder sig själv om den snurrade snabbare. Eftersom bruna dvärgar inte producerar värme genom fusion, svalnar de gradvis när de åldras. Med mindre värme och tryck pressar tyngdkraften dem hårdare, vilket får dem att krympa. Med mer massa närmare rotationsaxeln skulle den bruna dvärgen snurra snabbare. Så bruna dvärgar kan nå denna övre gräns när de åldras och sedan börja gå isär när de försöker snurra snabbare.
Det är en fascinerande idé, men vi behöver mer observationsdata för att testa den. För nu kan vi säga ganska säkert att även några av de största planetliknande kropparna plattar ut den sfäriska kurvan.
Referens:Tannock, Megan E., et al. ' Vädret i andra världar. V. De tre snabbast roterande ultracoola dvärgarna .'arXiv förtryckarXiv: 2103.01990 (2021).