Mengapa Begitu Banyak Objek di Putaran Semesta?

Pada bentuk gelembung sabun dan alam semesta yang dapat diamati itu sendiri

Gambar Marmer Biru dari NASA ini menunjukkan betapa sempurna sebuah bola Bumi sebenarnya. Namun, karena perputarannya, Bumi memiliki tonjolan sedikit 26 mil (41 km) di ekuatornya, menjadikannya spheroid oblate.

Dalam salah satu penampilan langit malam yang paling indah, Vincent Van Gogh menggambarkan bintang-bintang tidak hanya sebagai titik-titik cahaya pada latar belakang gelap ruang kosong, tetapi sebagai lingkaran-lingkaran cat yang penuh gejolak dan liris, masing-masing pusat yang hangat diperbesar dengan kulit dari penuh kasih, warna tak tergoyahkan. Namun, bintang-bintang itu bukan satu-satunya yang berbentuk bulat - demikian pula bulan sabit di sudut kanan atas dan Venus yang diterangi dengan cemerlang hanya di sebelah kanan pohon cemara yang kaya dan berminyak. Meskipun tidak terlihat dalam lukisan ini, bahkan Bumi di latar depan sendiri bulat. Tampaknya benda-benda di alam condong ke arah bentuk bundar ini. Bahkan gambaran kita tentang alam semesta yang dapat diamati adalah bulat. Tapi kenapa?

The Starry Night oleh Vincent Van Gogh, 1889.

Ini ada hubungannya dengan beberapa hukum dasar fisika. Bola adalah bentuk yang memungkinkan volume paling banyak dengan jumlah permukaan paling sedikit. Ini adalah cara yang sangat efisien untuk melampirkan objek dan juga memungkinkan untuk setiap titik di permukaannya menjadi sama jauh dari pusat seperti titik lainnya. Ini tidak seperti sebuah kubus di mana sudut-sudut lebih jauh dari pusatnya dan beberapa area permukaannya lebih lemah dari yang lain. Kekuatan alam seperti keadaan energi rendah dan mereka suka meminimalkan permukaan benda sebanyak mungkin. Ini benar ketika mengamati sesuatu sekecil hujan atau logam cair atau ketika mengamati sesuatu pada skala bulan dan bintang.

Gravitasi adalah salah satu pengaruh terbesar pada bentuk bola benda. Dengan gravitasi, ada pusat ke mana semua benda ditarik. Inilah sebabnya mengapa puncak-puncak gunung yang runtuh di Bumi menghasilkan puing-puing yang jatuh dan mengisi lembah-lembah dan turun jauh di bawah. Gravitasi memuluskan planet ini dan, dengan demikian, mengurangi berapa banyak energi yang diekspresikan planet ini. Planet ini ingin memiliki tingkat energi serendah mungkin. Bagi kami di sini sebagai penjelajah di Bumi, tampaknya tidak ada yang mulus. Ada kedalaman anjlok dari laut dan gua-gua bawah tanah, pegunungan yang bergolak dan puncak pohon yang menekan. Tetapi jika kita jauh lebih besar - jika planet ini bisa masuk ke telapak tangan kita - kita tidak akan pernah tahu. Menjalankan jari-jari kita di atas dunia akan terasa mulus dan basah tanpa cela. Antara titik tertinggi dan terdalam (Everest dan Palung Mariana, masing-masing) hanya ada perbedaan 13 mil (20 km). Perbedaan 13 mil di planet berdiameter 8.000 mil.

Tetapi seberapa banyak peran yang dimainkan gravitasi dalam bentuk suatu benda tergantung pada ukuran benda itu. Itu sebabnya kita mungkin memperhatikan hal-hal di sekitar kita yang tidak berbentuk bulat: bunga, ikan, tebu, manusia. Untuk apa pun yang lebih kecil dari diameter 2.574 km (2.574 km), gravitasi tidak selalu cukup berpengaruh untuk membuatnya bulat. Contoh sempurna dari hal ini adalah benda asteroid yang bentuknya aneh dan tidak berbentuk dibandingkan dengan bola bulan berdiameter 2.100 mil (3.380 km).

Ketika kita melihat benda yang tidak bulat, itu bisa mengisyaratkan apa yang terjadi di lingkungan objek itu. Gangguan umum termasuk kekuatan pasang surut seperti yang diberikan di lautan kita oleh bulan, dampak kosmik, dan kecepatan rotasi. Galaksi Bima Sakti mungkin datar dan kabur sekarang, tetapi memang dimulai sebagai bola gas berputar. Ketika ia runtuh dan mulai berputar lebih cepat, gaya-gaya centripetal menyebarkan galaksi ke kiri dan kanan, sementara dari atas ke bawah, Bima Sakti menjadi rata. Hal ini disebabkan oleh konservasi momentum sudut yang mendorong benda besar untuk mempercepat saat mereka semakin kecil untuk mengkompensasi pengurangan ukuran. Tetapi ada bintang di luar struktur Bima Sakti, yang tersisa sebagai pengingat bahwa galaksi dimulai sebagai bola yang penuh dan berawan.

Foto matahari yang diambil NASA.

Matahari kita bahkan lebih bulat dari Bumi. Ini berkat susunan gas panasnya, yang lebih mudah untuk dimanipulasi oleh gravitasi daripada permukaan berbatu planet kita. Tetapi objek alami paling bulat di alam semesta adalah bintang yang berbeda bernama KIC 11145123. Ini dua kali ukuran matahari dan berputar tiga kali lebih lambat, memungkinkannya untuk mempertahankan bentuknya dan tidak mendatar saat berputar. Para ilmuwan percaya ini karena pemutusan antara lapisan dalam dan luar bintang, yang memungkinkannya untuk memberikan tampilan bahwa ia berputar jauh lebih cepat daripada yang sebenarnya. Alasan pemutusan belum diketahui tetapi bisa jadi karena medan magnet di sekitar objek.

Dalam benda kosmik seperti Nebula Cincin, tekanan cahaya bekerja melawan gravitasi, memberikan nebula bentuk khasnya. Ketika bintang-bintang mulai terbentuk dan memancar dengan indah, masing-masing bintang menarik gas dan debu ke mereka, menciptakan ruang di sekitar mereka sebuah kompetisi berkelanjutan yang membentang dan memengaruhi nebula keseluruhan. Tetapi dalam beberapa kasus, daerah dengan kepadatan lebih tinggi dapat memulai peristiwa berantai di mana gaya gravitasi mulai mendominasi sekali lagi. Area padat ini bergabung dan dapat tumbuh menjadi ukuran planet, memberi mereka lebih banyak medan gravitasi dan menghasilkan sekali lagi bentuk yang cukup dikenal yaitu bola.

Nebula Cincin. Gambar oleh AURA / STScI / NASA.

Kita berlama-lama di pusat seluruh alam semesta yang dapat diamati yang membentang 13 miliar tahun cahaya ke segala arah. Itu semua cahaya yang memiliki cukup waktu untuk mencapai tata surya kita. Kami belum memiliki teknologi untuk mendeteksi apa yang ada di luar batas itu, tetapi apa yang bisa kita lihat adalah marmer, sebuah bola yang mencakup semua yang kita tahu ada. Bola itu kemudian seperti titik-titik dalam lukisan pointillism. Pada mulanya sederhana, kemudian datang bersama untuk membentuk gambar yang penuh dengan detail dan kehidupan, mewakili pada pandangan pertama hanya satu bola warna dan, pada kenyataannya, menjadi contoh sempurna dari hukum fisika kita dalam bentuk yang halus dan elegan.