这不是天体物理中最有名的 Fermi Quiz 之一么:今日很多“天体物理导论”之类的课程都会出这个题的。
简单地说,歪七扭八的星体比同体积的球形星体所具有的引力势能更大,从而更不稳定。这里没有考虑旋转,否则能量最低的状态是马克劳林椭球。
对于流体星体(气体、液体、等离子体,whatever),反正都能变形,肯定就奔着能量最低的形态去了。
对于高熔点物质构成的行星和小行星,这个引力势能的差值,如果大到可以把整个星体都融化了,那么这个星体就是球形的。 简单地估算一下,你就知道,当岩石星体半径大约大于 500 公里(或者同一数量级之内的差不多的数值) ,就不太可能继续歪七扭八了。这个数量级得到了天文观测的很好检验:在 小行星中,谷神星差不多是一个分界点,显著比她小的都是土豆一挖一麻袋,她自个儿和跟她差不多大的家伙们 还是挺球的,更大的就更球了。(类似的问题:理论上,地球上最高的山峰可以多高?答案差不多是二十公里,再高的山峰,稍塌下来一些,自己就会被自己塌下来释放的引力势能融化掉。)
反对
@帝哲 的答案,几个例子都有比较本质的错误,从而与原问题无关。
在回答任何问题之前,先搞清楚圆和球分别是什么。
盘星系(包括透镜星系、漩涡和棒旋星系——而不是星云,时至今日,有常识者须区分这几个概念)是个“盘子上的漩涡”,它的盘面的法向是这一团东西的总角动量的方向,与角动量矢量方向平行的运动全部被耗散,而角动量本身无法被耗散,所以成了一个盘子。占了可观测星系数量一半的漩涡和棒旋星系(银河系最近也被认定为棒旋星系而非以前认为的漩涡),怎么看都不像是圆(旋臂和棒哪儿圆了?),更不是球。椭圆星系之所以长个球样儿,是所谓“维里化的”随机运动支撑的(大致就是一窝苍蝇虽然肯绕着中间的苹果转但是就是会乱飞一样)——虽然这本质上有与热运动很相似的地方,也可部分地归结到与星体相似的地方。
水和空气的漩涡…… 倒还有点道理,但详细说,也是角动量守恒、平均化所致。要是水和空气在初始时没有相对于中心点的角动量,也没有科里奥利力捣乱,它们就冲着中间去了,哪儿还转悠啊。
至于磁场,无力吐槽了…… 那是个偶极啊兄弟。小磁针和铁粉沿着磁力线(对,就是磁力线,磁感线弱爆了,等离子物理,谁学谁知道 )排布是其能量最低的形态,而一个偶极附近的磁力线,就长这样了。