トリフ/シャッターストック
私たちの惑星はどのような形かを人々に尋ねると、ほとんどの人は地球は丸いと答えるでしょう (ただし、地球が実際は平らであると説得しようとする人もいるかもしれません)。古代ギリシャにまで遡り、人類は地球が丸いことを理解しており、最近になって科学者たちは地球が完全な球体ではないと判断しました。しかし、惑星が不完全な球体以外のものになる可能性はあるのでしょうか?巨大なドーナツのような世界はどうでしょうか?数学は、そのような惑星が技術的に存在する可能性があることを示していますが、宇宙ドーナツが自然に形成されたり、非常に長期間持続したりする可能性は基本的にゼロです。
惑星が回転楕円体以外の形をとると、膨大な外力がかかることになります。その一例は、星の重力によって惑星が卵型になっているほど、恒星の周りを非常に密接に周回する巨大ガス惑星である WASP-12b です。ただし、ドーナツの形状、つまり数学で知られるトーラスの場合は、はるかに複雑になります。トーラスは、崩壊した惑星からの破片が合体することによって形成される可能性があると考えられていますが、そのような配置は非常に不安定になります。
惑星が球形である理由
惑星が丸いのには重力という理由があります。時間の経過とともに、塵やガスの粒子が凝縮して惑星が形成されます。惑星体が成長するにつれて質量が増加し、それが重力の増大につながります。小惑星や火星の衛星フォボスやダイモスのような天体はジャガイモのような形をしていることがありますが、天体に十分な質量があれば、重力によって球形になります。球形になるのに十分な質量があることは、惑星とは何かを定義する基準の 1 つです。
形成中、惑星体も回転を開始します。地球は地軸を中心に 1 日に 1 回回転し、私たちによく知られている昼と夜のサイクルを与えます。この自転は、赤道では時速 1,000 マイル以上の速度になりますが、極に近づくとはるかに遅くなります。これにより、惑星は赤道でわずかに膨らみ、極では平らになり、表面は赤道の惑星の中心から約13マイル離れたところになります。地球の自転による遠心力と、地球の中心からの距離のわずかな増加により、赤道では重力がわずかに弱くなります。
宇宙でドーナツを回転させる
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自転と遠心力がドーナツ型の惑星を可能にします。重力は内側に引っ張られるため、このような惑星がトロイダルを維持するには非常に高速に回転する必要があります。ドーナツの世界は 24 時間に 1 回回転するのではなく、数時間以内に回転を完了する必要があります。地球上での遠心力と同様に、赤道では重力が弱まりますが、その差は大きくなります。赤道で感じる力は、極で感じる力のおよそ半分になります。
重力の違いにより、赤道では極地よりも山、雲、海の波が著しく高くなります。地球のコリオリ効果で見られるように、惑星の急速な自転は空気の循環にも影響を与えるだろう。回転速度が速くなると、風がより強くなり、暑い地域と寒い地域の間の気温が高くなります。
しかし、ドーナツ型の惑星は非常に不安定になります。トーラスのさまざまな部分に質量がわずかに蓄積しても、トーラスは不安定になります。そして回転速度も適切でなければなりません。速すぎると遠心力が重力を上回り、惑星がバラバラに飛び散ってしまいます。遅すぎると、トーラスは楕円体に崩壊してしまいます。したがって、ドーナツ型の惑星は数学的には可能ですが、自然に形成される可能性は事実上ゼロです。いくつかのまれな例外を除けば、惑星はほとんどが丸いです。
