宇宙中谁最圆？

摘要：有时候，我的脑子里会冒出一些稀奇古怪的问题，它们盘桓不去，非得让我找到答案不可。有些问题很琐碎，有些则听起来傻乎乎的，不过当我细细思考，便可能带来有趣的启发。

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翻译：马啸然

校对：牧夫天文校对组

后期：胡永葳

责任编辑：王启儒

原文发布于Scientific American

金星凌日。金星和太阳几乎是完美的圆形——实际上，比大多数天文学家已经测量的其他天体更接近球形。

Credit: LinP74/Getty Images

有时候，我的脑子里会冒出一些稀奇古怪的问题，它们盘桓不去，非得让我找到答案不可。有些问题很琐碎，有些则听起来傻乎乎的，不过当我细细思考，便可能带来有趣的启发。

这回，我脑子里蹦出来的问题很直白：宇宙中最圆的天体是什么？

这里的“最圆”是指几何上最接近完美球体的天体——不一定是最光滑的，而是最对称的，也就是表面上每一点距离中心的距离几乎一样。（这正是球体的定义）

许多大块头的天体都相当圆，这并非巧合，而是重力作用的结果。当一个天体通过吸积气体或与其他天体碰撞而不断增大，其质量会不断增大，引力场也随之增强。当引力强大到一定程度，任何凸起的部分都会被压平，最终使得天体变得更加符合球形。你对这件事其实并不陌生：地球上的山脉不能无限长高，否则就会在自身重力下坍塌；在海滩上堆沙子，堆到一定高度就会倒下。这种现象在天文尺度下使得较大天体愈加趋于球形。

当一个天体的尺寸达到大约400公里左右（具体取决于其成分），它往往会开始接近球形。因此，几乎所有比这大的独立天体——从较大的流星体到卫星、行星乃至恒星——基本上都是接近球形的。

那么其中哪些又是最接近理想球体的呢？

我翻遍了各种资料，脑海里闪过一个个我能想到的天体，但最后的结果让我十分意外：答案似乎是太阳——是的，就是我们最近的恒星！

一般来说，恒星非常圆，但即便最圆的恒星也不是百分之百完美的球体。导致恒星偏离理想球形的最大原因是自转，因为自转会带来离心力。

不管你曾经在物理课上听到了什么，但在旋转参考系下，离心力的确是一种真实的作用力。假设你在一辆向左拐弯的车里，你会感觉自己似乎被甩向右边（也就是弯道外侧）。这就是离心力的直观体验。

对于旋转的球体而言，离心力在赤道处最强，因为那里的线速度最高。离心力的大小取决于天体的尺寸以及旋转速度——天体越大、旋转越快，离心力就越大。

太阳很大，这点毋庸置疑：太阳直径约140万公里，放进100多个地球都没问题。但同时，太阳自转非常缓慢，大约需要一个月来旋转一周。这种慢悠悠的自转，正是让太阳在“最圆比赛”中胜出的关键因素。

太阳表面的引力很强，大约是地球的28倍。如果你能站在太阳表面（而没有瞬间被气化），你的体重会是地球上的28倍。然而，太阳赤道处的离心力微乎其微，只是太阳表面重力的0.0015%而已！这就是太阳如此圆的原因。

不过，精确测量太阳的圆度很不容易。太阳并没有像地球那样的固体表面；从核心出发向外看，太阳内部的气体密度逐渐降低。在“表面”附近，密度的下降极其迅速，因此从地球上观测，太阳的边缘看起来清晰分明。但在地球大气扰动下，要精确测量太阳的形状并不容易。于是，天文学家利用美国宇航局的太阳动力学观测台（SDO）——一台在太空中专门观测太阳的望远镜——来进行精准测量。结果显示，太阳的扁率（极半径与赤道半径的偏差）只有0.0008%！也就是说，太阳有99.9992%的完美球度。他们将这一成果发表在了《Science Express》上。

这可真是相当接近完美的圆了。更奇怪的是，他们还发现这个比例不随太阳磁周期的变化而改变。太阳的磁场活动遵循一个大约11年的周期，目前正值磁场最强的时候。但这股强大的磁力似乎对太阳这近乎完美的圆形毫无影响。

不过，太阳系中还有另一个天体也接近同样的圆度——金星。原因类似：金星自转非常慢，大约243天转一圈，这使得其赤道离心力非常小。观测显示金星的极半径与赤道半径在测量误差内几乎无差别。这在原理上可使金星比太阳更圆，但实际上金星表面仍有几公里的地形起伏，从比例上看，就没有太阳那么圆了。（地球的扁率约为0.3%，因为地球自转要快得多。）其他行星也类似，因此金星实际上仍没有太阳那般圆。

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