تعادل هيدرواستاتيك چيست؟

به اين جملات توجه كنيد: يك ستاره مي‌تپد زيرا در تعادل هيدرواستاتيكي نيست. نيروي گراني روي جرم خارجي ستاره كه كاملا به وسيله فشار داخلي متعادل نيست، وارد مي‌شود.
تعادل هيدرواستاتيك به چه معناست؟ اگر جدا از مباحث و فرمول‌هاي رياضي بخواهيم آن را تعريف كنيم، بايد بگوييم كه
وزن هر لایه در ستاره باید توسط فشار در آن لایه متعادل شود.
بگذاريد مثالي بزنيم.

يك دیگ زود پز، در حالی که سوپاپ اطمینانش بالا آمده و دارد سوت مي‌زند را تصور کنید.
این اتفاق (سوت زدن زود پز) زماني رخ مي‌دهد که فشار بخار داخل زودپز بايستي به اندازه ای زیاد باشد که با مهار وزن سوپاپ اطمینان، آن را بالا ببرد و راهی به بیرون از محیط پر فشار زود پز پیدا كند. در مدت كوتاهي با خارج شدن و متقابلا کم شدن بخار درون زود پز، فشار درون ظرف هم کاهش پیدا می كند و يك بار ديگر وزن سوپاپ بر فشار بخار درون زودپز قالب مي‌شود! و باز دریچه خروج بخار تا زمانی که فشار درون زودپز توانایی مقابله با وزن سوپاپ رو داشته باشد، بسته خواهد ماند.
فضای خالی ما بین مولکولهای سطحی هر ستاره به مثابه میلیاردها سوپاپ تخلیه فشار درون ستاره عمل می کنند. وزن سوپاپ زودپز در مثال بالا، همون جاذبه ستاره (Gravity) است که به واسطه جرم ستاره میل دارد که مولکولها هرچه فشرده تر به هم بچسبند و فشار بخار درون زود پز هم، مشابه فشار پر انرژی محتویات بر انگیخته شده ی درون ستاره (Pressure) است که به واسطه و فعل انفعالات شیمیایی درون ستاره بوجود آمده‌اند.

يك سوال:
با توجه به اینکه٬ برآیند نیروهای گرانش در یک ستاره یا سیاره٬ به سمت مرکز آن ستاره یا سیاره است؛ پس چرا شکل آن جرم آسمانی تغییر نمی‌یابد؟ به عبارت دیگر چرا اجزای این ستاره یا سیاره به سمت داخل فرونمی‌پاشند؟ پاسخ به این سوال راه را برای رسیدن به تعادل هیدرواستاتیکی باز می‌کند.
می‌دانیم که اگر ظرفی حاوی نوعی گاز خاص داشته باشیم٬ گازهای ظرف همواره رو به بیرون فشار می‌آورند. این فشار در مورد گازهای سازنده‌ی ستارگان نیز برقرار است. به عبارت دیگر گازها با فشاری رو به بیرون٬ سعی دارند که از انحصار ستاره بگریزند و یا ابعاد آن را افزایش دهند. اما در طرف مقابل٬ نیروی قوی گرانش٬ گازها را به سمت مرکز ستاره می‌کشاند.
اگر نیروی فشار گاز به اندازه‌ی کافی زیاد نباشد که بتواند در مقابل نیروی گرانش بایستد٬ در این هنگام٬ ستاره اندک‌اندک کوچک و کوچک‌تر می‌شود٬ تا آن‌جا که اندازه‌ی نیروی روبه‌بیرون فشار و نیروی رو به داخل گرانش با هم برابر شوند. در این هنگام تغییر اندازه‌ی ستاره متوقف شده و اصطلاحاً می‌گوییم که ستاره به «تعادل هیدرواستاتیکی» رسیده است.
در مورد سیارات نیز وضع به همین ترتیب است. اگر به یاد داشته باشیم گفتیم که سیارات اگر جرم زیادی داشته باشند؛ آن‌گاه همانند ستاره‌ها٬ شکل کروی می‌یابند. تنها تفاوتی که در این هنگام حاصل می‌شود آن است که اگر سیارات جرم اندکی داشته باشند٬ ممکن است هیچ‌گاه به تعادل هیدرواستاتیکی نرسند و آن‌گاه به اشکال عجیب و غریب دیگری به غیر از کره و شبه‌کره درآیند. (و البته در این صورت دیگر به آن جسم سیاره نمی‌گویند. بنابه‌تعریف ممکن است سیارک یا سیاره‌ی‌کوتوله یا قمر یک سیاره‌ی دیگر باشد.) علت هم این است که کاهش وزن به کاهش نیروی گرانش و در نتیجه برهم‌خوردن تعادل هیدرواستاتیک می‌انجامد.
بايد گفت که سیارات و اجرام آسمانی‌ای هم وجود دارند که جرم کافی برای کروی شدن را دارند اما کروی نیستند٬ مقاله را ناکامل به پایان برده‌ایم. به عنوان نمونه٬ می‌توان از سیاره کوتوله‌ی هائومی (Haumea) نام برد که هر چند جرم کافی برای رسیدن به تعادل هیدرواستاتیک را داراست اما شکل آن شبیه یک بیضی‌دوار بسیار کشیده است. از جمله دلایل این شکل عجیب هائومی هم سرعت چرخش فوق‌العاده بالای آن است (هر چهار ساعت یک بار به دور خود می‌چرخد.) که به سبب برخورد با یک جرم آسمانی در چندین میلیارد سال قبل ایجاد شده است و همچنین چگالی فوق‌العاده بالای آن.

در پايان يك بار ديگر مطالب گفته شده را به طور خلاصه در چند سطر بيان مي‌كنيم:
هنگامي که مجموع فشار به طرف بیرون حاصل از دمای بسیار بالای گاز با فشار به طرف داخل حاصل از جاذبه به صفر مي‌شود، شرط تعادل و پایداری برقرار مي‌گردد که به آن تعادل هیدروستاتیکی گفته مي‌شود.
در مورد ستاره ها هنگامي که فشار گاز بر جاذبه غلبه كند ستاره بزرگ شده و به غول سرخ تبديل مي‌گردد.
اگر جاذبه بر فشار گاز غلبه كند،کوتوله ی سفید به وجود مي‌آيد.
اگر هم درتعادل باشند یک ستاره ی رشته اصلی چون خورشيد زائيده مي‌شود.