Кіріспе

Сұйықтыққа әсер ететін сыртқы күштер мен ішкі қысым градиенті арасындағы тепе-теңдік күйі. Сұйықтық механикасында гидростатикалық тепе-теңдік (гидростатикалық тепе-теңдік, гидростазия) – сұйық немесе пластикалық қатты дененің тыныштықта болу жағдайы. Бұл жағдай ауырлық сияқты сыртқы күштер, қысым градиенті күшімен тепе-теңделгенде туындайды. Жер планетасы физикасында қысым градиенті күші, ауырлық күші планета атмосферасын жұқа, тығыз қабыққа айналудан сақтайды, ал ауырлық күші қысым градиенті күшінің атмосфераны ғарышқа таратуына жол бермейді. Жалпы алғанда, осы фактор ғарыштағы денелердің шар тәрізді болуына себеп болады. Гидростатикалық тепе-теңдік – бұл кіші планеталар мен Күн жүйесінің шағын денелерін ажырататын маңызды критерий, сонымен қатар астрофизика мен планеталық геологияда да қолданылады. Бұл тепе-теңдік нысанның пішінінің, айналудың нәтижесінде симметриялық дөңгеленген эллипсоид түрінде екенін көрсетеді, ал кез келген бейістік беттік ерекшеліктер салыстырмалы түрде жұқа қатты қабықтан туындайды. Күннен басқа, Күн жүйесінде гидростатикалық тепе-теңдіктегі оннан астам денелердің бар екені расталған.

Сұйықтықтар

Гидростатикалық тепе-теңдік гидростатикаға және сұйықтықтардың тепе-теңдік принциптеріне қатысты. Гидростатикалық таразы – суда заттардың салмағын өлшеуге арналған ерекше таразы. Гидростатикалық таразы олардың меншікті салмағын анықтауға мүмкіндік береді. Бұл тепе-теңдік идеал сұйықтық тұрақты көлденең қабатты ағыста болғанда және кез келген сұйықтық тыныш күйде немесе тұрақты жылдамдықпен тік қозғалыста болғанда қатаң түрде қолданылады. Ағын жылдамдықтары жеткілікті төмен болған жағдайда, үдеуді ескермеуге болатын жақсы жуықтама болуы мүмкін.

Планеталық геология

Гидростатикалық тепе-теңдік ұғымы астрономиялық объектінің планета, кәріз планета немесе Күн жүйесінің кіші денесі екенін анықтауда маңызды рөл атқарады. 2006 жылы Халықаралық астрономиялық одақ қабылдаған планетаның анықтамасына сәйкес, планеталар мен кәріз планеталардың ерекшелігі – олар өздерінің қаттылығын жеңіп, гидростатикалық тепе-теңдік күйіне қол жеткізуге жеткілікті гравитациялық күшке ие болуы. Мұндай денелерде әдетте әлемнің (планемоның) дифференциацияланған ішкі құрылымы мен геологиясы болады, бірақ гидростатикалық тепе-теңдікке жақын немесе бұрын гидростатикалық тепе-теңдікте болған денелер, мысалы, 4 Веста протопланетасы да дифференциацияланған болуы мүмкін, ал кейбір гидростатикалық денелер (әсіресе Каллисто) қалыптасқаннан бері толыққанды дифференциацияланбаған. Көбінесе тепе-теңдік пішіні Жер сияқты жалпақ сфералы болады. Алайда, синхронды орбитадағы айлардың жағдайында, дерлік бір бағытты тасқын күштері скалендік эллипсоидты құрайды. Сонымен қатар, болжамды кәріз планетасы өте жылдам айналуының нәтижесінде скаленді пішінге ие, бірақ қазіргі уақытта тепе-теңдік күйінде болмауы мүмкін. Бұрын мұзды денелердің гидростатикалық тепе-теңдікке жету үшін тасты денелерге қарағанда аз массаға ие болуы керек деп есептелген. Тепе-теңдік пішініне ие ең кішкентай дене – 396 км радиусы бар Мimas мұзды айы, ал тепе-теңдіксіз пішіні бар ең үлкен мұзды дене – 420 км радиусы бар Протеус мұзды айы, ал тепе-теңдіксіз пішіндегі ең үлкен тасты денелер – 520 км радиусы бар Паллас және Веста астероидтары. Дегенмен, Мимас қазіргі айналу жылдамдығы үшін гидростатикалық тепе-теңдік күйінде емес. Гидростатикалық тепе-теңдік күйінде екені расталған ең кішкентай дене – 945 км радиусы бар Церера кәріз планетасы, ал гидростатикалық тепе-теңдіктен айқын ауытқуға ие ең үлкен белгілі дене – Япетус, ол негізінен өткір мұздан және аз ғана тас материалынан тұрады. 1469 км радиусы бар Япетус сфералық немесе эллипсоидты пішінге ие емес. Оның орнына, экваторлық қырқасының ерекшелігіне байланысты, ол жаңғақ сияқты ерекше пішінге ие. Кейбір мұзды денелердің тепе-теңдік күйінде болуының себебі, ішкі қабаттағы мұхиттың болуымен байланысты болуы мүмкін, бірақ бұл IAU қолданатын тепе-теңдік анықтамасы емес (гравитацияның ішкі қатты дене күштерін жеңуі). Тіпті ірі денелер де гидростатикалық тепе-теңдіктен ауытқып, эллипсоидты пішінге ие: мысалы, Жердің Айы (3474 км, негізінен тау жыныстарынан тұрады) және Меркурий планетасы (4880 км, негізінен металлдан тұрады). 2024 жылы Kiss және әріптестері бұл денелердің қазіргі айналу жылдамдығы үшін гидростатикалық тепе-теңдікке сәйкес келмейтін эллипсоидты пішіні бар екенін анықтады. Олар Кваоардың бастапқыда жылдам айналып, гидростатикалық тепе-теңдік күйінде болғанын, бірақ оның пішіні "мұздап қалғанын" және оның айы Вейвоттан түсетін тасқын күштерінің әсерінен айналу жылдамдығы төмендеген кезде өзгермегенін болжады. Егер осы болжам дұрыс болса, бұл Япетус жағдайына ұқсас болар еді, ол қазіргі айналу жылдамдығы үшін тым жалпақ. Иапетус, әдетте, планеталық массалы ай ретінде қарастырылады, бірақ әрқашан емес. Қатты денелердің беттері бейінді, бірақ жергілікті бейінділіктер жаһандық тепе-теңдікке сәйкес болуы мүмкін. Мысалы, Жердегі ең биік тау – Мауна Кеаның массивті негізі қоршаған жер қыртысының деңгейін деформациялап, төмендетіп, жалпы масса таралуы тепе-теңдікке жақындауына себеп болады.

Атмосфералық модельдеу

Атмосферада биіктік артқан сайын ауа қысымы төмендейді. Осы қысымның айырмашылығы жоғары бағытталған қысым градиенті күшіне себеп болады. Ауырлық күші осы күшті тепе-теңдейді, атмосфераны Жерге байлап тұрады және биіктік бойынша қысым айырмашылығын сақтайды.