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사람들에게 우리 행성의 모양이 무엇인지 묻는다면 대부분의 사람들은 지구가 둥글다고 대답할 것입니다(몇몇 사람들은 지구가 실제로 평평하다고 확신시키려고 할 수도 있습니다). 고대 그리스까지 거슬러 올라가면 인류는 지구가 둥글다는 사실을 이해해 왔고, 최근에는 과학자들이 지구가 완벽한 구형이 아니라는 사실을 확인했습니다. 하지만 행성이 불완전한 구체가 아닌 다른 것이 될 수 있습니까? 거대한 도넛처럼 보이는 세상은 어떻습니까? 수학은 그러한 행성이 기술적으로 존재할 수 있음을 보여 주지만 우주 도넛이 자연적으로 형성되거나 매우 오랫동안 지속될 가능성은 본질적으로 0입니다.
타원체가 아닌 다른 모양을 취하는 행성은 엄청난 양의 외부 힘을 받게 됩니다. 한 가지 예는 별의 중력으로 인해 행성이 달걀 모양이 될 정도로 별을 너무 가깝게 공전하는 가스 거인 WASP-12b입니다. 그러나 수학에서 알려진 도넛 모양 또는 토러스는 훨씬 더 복잡합니다. 토러스는 붕괴된 행성의 잔해를 합쳐서 형성할 수 있다고 생각되지만, 그러한 배열은 매우 불안정합니다.
행성이 구형인 이유
행성이 둥근 이유는 바로 중력입니다. 시간이 지남에 따라 먼지와 가스 입자가 응축되어 행성을 형성합니다. 행성체가 성장함에 따라 질량이 증가하여 중력이 더 강해집니다. 화성의 달인 포보스(Phobos)와 데이모스(Deimos)와 같은 소행성과 몸체는 감자 모양일 수 있지만 몸체의 질량이 충분하면 중력으로 인해 구형이 됩니다. 구형이 될 만큼 충분한 질량을 갖는 것은 행성을 정의하는 기준 중 하나입니다.
형성되는 동안 행성체도 회전하기 시작합니다. 지구는 하루에 한 번씩 자전하며 우리에게 친숙한 낮과 밤의 주기를 제공합니다. 이 회전은 적도에서는 시속 1,000마일 이상이고 극지방에서는 훨씬 더 느린 속도로 변환됩니다. 이로 인해 행성은 적도에서 약간 부풀어 오르고 극에서는 편평해지며 표면은 적도의 행성 중심에서 약 13 마일 더 멀어집니다. 지구의 자전으로 인한 원심력과 지구 중심으로부터의 거리가 약간 증가하면 적도에서 중력이 아주 약간 약해집니다.
우주에서 도넛 돌리기
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회전과 원심력이 도넛 모양의 행성을 가능하게 만드는 것입니다. 중력은 안쪽으로 끌어당기므로 그러한 행성이 토로이드를 유지하려면 매우 빠르게 회전해야 합니다. 도넛 세계는 24시간마다 한 번씩 회전하는 대신 몇 시간 안에 회전을 완료해야 합니다. 지구에서와 마찬가지로 원심력은 적도에서 중력을 약하게 만들지만 그 차이는 상당합니다. 적도에서 느끼는 힘은 극지방의 절반 정도입니다.
중력의 차이로 인해 극지방보다 적도 지방에서 훨씬 더 높은 산, 구름, 바다 파도가 발생합니다. 행성의 빠른 회전은 지구에 대한 코리올리 효과에서 볼 수 있듯이 공기 순환에도 영향을 미칠 것입니다. 회전 속도가 빨라지면 바람이 더욱 강해지고 더운 지역과 추운 지역 사이의 기온이 높아집니다.
그러나 도넛 모양의 행성은 매우 불안정할 것입니다. 토러스의 다른 부분에 질량이 조금만 축적되어도 토러스가 불안정해집니다. 그리고 회전 속도도 딱 맞아야 합니다. 너무 빠르면 원심력이 중력을 압도하여 행성이 떨어져 나가게 됩니다. 너무 느리면 토러스가 타원체로 붕괴됩니다. 따라서 도넛 모양의 행성이 수학적으로는 가능하지만 자연적으로 형성될 가능성은 사실상 0입니다. 몇 가지 드문 예외를 제외하면 행성은 대부분 둥글다.
