Jak husté jsou planety?

Osm planet naší sluneční soustavy se velmi liší, nejen co se týče velikosti, ale také hmotnosti a hustoty (tj. její hmotnosti na jednotku objemu). Například 4 vnitřní planety – ty, které jsou nejblíže ke Slunci – jsou všechny pozemské planety, což znamená, že jsou složeny převážně ze silikátových hornin nebo kovů a mají pevný povrch. Na těchto planetách se hustota mění, čím dál se člověk odváží od povrchu směrem k jádru, ale ne výrazně.

Naproti tomu 4 vnější planety jsou označeny jako plynní obři (a / nebo ledoví obři), které jsou složeny primárně z vodíku, helia a vody existujících v různých fyzikálních stavech. I když jsou tyto planety větší velikostí a hmotností, jejich celková hustota je mnohem nižší. Kromě toho se jejich hustota mezi vnější a vnitřní vrstvou značně liší, od kapalného stavu po materiály tak husté, že se stávají pevnými kameny.

Hustota také hraje zásadní roli při určování povrchové gravitace planety a je přirozené pochopit, jak se planeta formovala. Po formování Slunce ve středu naší sluneční soustavy byly planety vytvořeny z protoplanetárního disku. Zatímco suchozemské planety byly výsledkem prachových zrn ve vnitřní sluneční soustavě, planety ve vnější sluneční soustavě nashromáždily dostatek hmoty, aby se jejich gravitace dokázala držet zbytkového plynu mlhoviny.

Čím více plynu zadrželi, tím větší byli. A čím větší byli, tím více hmoty se hromadili, dokud se nerozvinuli tak, že dosáhli kritického bodu. Zatímco plynní obři Jupitera a Saturna rostli exponenciálně, ledoví obři (Uran a Neptun), s jen několika hmotami Země nebulárního plynu, nikdy nedosáhli tohoto kritického bodu. Ve všech případech se hustota měří jako počet gramů na kubický cm (nebo g / cm³).

Hustota rtuti:

Merkur se na pozemské planetě skládá z kovů a silikátový materiál. Střední hustota rtuti je druhou nejvyšší ve sluneční soustavě, která se odhaduje na 5,427 g / cm3 – jen o něco méně než hustota Země 5,515 g / cm3. Pokud však účinky gravitační komprese – ve které účinky gravitace zmenšit velikost objektu a zvýšit jeho hustotu – pak je Merkur ve skutečnosti hustší než Země, s nestlačenou hustotou 5,3 g / cm³ ve srovnání se 4,4 g / cm³ Země.

Tyto odhady mohou být také slouží k odvození podrobností o jeho vnitřní struktuře. Ve srovnání se Zemí je Merkur mnohem menší, a proto jsou jeho vnitřní oblasti méně stlačeny. Proto se předpokládá, že jeho vysoká hustota je výsledkem velkého a na železo bohatého jádra. Celkově se předpokládá, že kovy jako železo a nikl tvoří 70% hmoty planety (vyšší než kterákoli jiná planeta), zatímco silikátové kameny tvoří jen 30%.

Bylo navrženo několik teorií, ale ta převládající tvrdí, že Merkur měl dříve ve své historii silnější silikátovou kůru. Tato kůra byla poté z velké části odfouknuta, když se s planetou srazil velký planetesimál. V kombinaci se svou velikostí a hmotou má Merkur povrchovou gravitaci 3,7 m / s2, což odpovídá 0,38 zemské gravitace (neboli 1 g).

Hustota Venuše:

Druhá planeta od našeho Slunce, stejně jako druhá nejbližší pozemská planeta, má Venuše střední hustotu 5,243 g / cm3. To je opět velmi blízko vlastní hustotě Země. A i když o geologii a seismologii Venuše zůstává mnoho neznámého, astronomové mají představu o složení a struktuře Venuše založenou na srovnávacích odhadech její velikosti, hmotnosti a hustoty.

Stručně řečeno, věří se, že Venuše „makeup a vnitřní struktura jsou velmi podobné těm pozemským, skládající se z jádra, pláště a kůry. Stejně jako Země má být vnitřek složen z minerálů bohatých na železo, zatímco křemičité minerály tvoří plášť a kůru. Mírně menší velikost Venuše také znamená, že tlaky jsou v jejím hlubokém nitru o 24% nižší než v Zemi.

Protože se Venuše a Země ochladily přibližně stejnou rychlostí, předpokládá se, že jádro Venuše musí být alespoň částečně tekuté. Avšak nedostatek magnetosféry kolem Venuše vedl vědce k tomu, aby to zpochybňovali, přičemž někteří tvrdí, že jádro musí mít jednotnou teplotu, zatímco jiní trvají na tom, že je plně ochlazeno a pevné. Někteří zašli tak daleko, že naznačili, že nemá jádro.

Hustota Země:

Země má nejvyšší hustotu ze všech planet ve sluneční soustavě, 5,514 g / cm3. To je považováno za standard, kterým se měří hustoty jiné planety. Kromě toho výsledkem kombinace velikosti, hmotnosti a hustoty Země je také povrchová gravitace 9,8 m / s². Toto se také používá jako standard (jedno g) při měření povrchové gravitace jiných planet.

Stejně jako ostatní pozemské planety je i vnitřek Země rozdělen na vrstvy, které se odlišují chemickými nebo fyzickými (reologické ) vlastnosti. Tyto vrstvy se skládají z jádra složeného ze železa a niklu, horního a spodního pláště složeného z viskózních silikátových materiálů a kůry složené z pevných silikátových materiálů.

Na rozdíl od ostatních pozemských planet je však jádrová oblast Země rozdělena na pevné vnitřní jádro a kapalné vnější jádro. Vnitřní jádro měří odhadovaných 1220 km a je složeno ze železa a niklu, zatímco vnější jádro přesahuje do poloměru asi 3 400 km. Vnější jádro se také otáčí v opačném směru, než je rotace Země, což je považováno za zdroj zemské magnetosféry. Stejně jako všechny planety i tato hustota roste, čím blíže se člověk dostává k jádru, přičemž ve vnitřním jádru dosahuje odhadovaných 12 600–13 000 kg / m3.

Hustota Marsu:

Jako pozemský planety je Mars také rozdělen do vrstev, které jsou rozlišeny na základě jejich chemických a fyzikálních vlastností – husté kovové jádro, silikátový plášť a kůra. Celková hustota planety je nižší než hustota Země, odhaduje se na 3,933 g / cm³, a tato hustota se zvyšuje, čím blíže se člověk dostane k jádru. Stejně jako Země je to i díky skutečnosti, že jádro je složeno ze železa a niklu, zatímco plášť je tvořen silikátovými materiály.

Současné modely jeho vnitřku naznačují oblast jádra asi 1794 Poloměr ± 65 kilometrů (1115 ± 40 mil), sestávající převážně ze železa a niklu s asi 16–17% síry. Ve srovnání se zemskou kůrou – jejíž průměrná tloušťka je 40 km – je průměrná tloušťka Marsovy kůry asi 50 km (31 mil) a maximální tloušťka je 125 km. Mezi jeho velikostí, hmotou a hustotou má Mars povrchovou gravitaci asi 3,711 m / s² – což je 0,38 g.

Hustota Jupitera:

Jupiter jako plynný obr (neboli složený převážně z plynné a kapalné hmoty) má nižší střední hustotu než kterýkoli z pozemské planety. S 1,326 g / cm3 je však také druhou nejhustší z plynových gigantů. Navzdory své neuvěřitelné velikosti a hmotnosti je nižší hustota způsobena tím, že jsou z velké části složeny z ušlechtilých plynů, které jsou udržovány ve skupinách od plynných po pevné.

Kromě toho se tato hustota značně pohybuje mezi vnějšími plynnými vrstvami a jádrem, o kterém se předpokládá být složen z horniny a obklopen vrstvou kovového vodíku. V nejvzdálenější vrstvě, kterou tvoří elementární vodík a helium, je hustota materiálů menší než hustota vody – 0,0002 g / cm / ve srovnání s 1 g / cm³ vody.

Pod tím, kde jsou vodík planety v kapalném stavu, stoupá hustota zhruba na 0,5 g / cm³ a na hranici s vrstvou složenou z kovového vodíku stoupá na 1 g / cm³. Vrstva kovového vodíku má mezitím odhadovanou hustotu 4 g / cm³ – tj. Přibližně stejnou jako Mars. A v jádru, jehož složení je stále předmětem spekulací, hustota stoupá na 25 g / cm³.

Myslel jsem, že jeho průměrná hustota je nižší než hustota pozemských planet, celková velikost, hmotnost a velikost Jupiteru materiál, který do něj zabalí, vytváří silnou gravitaci. Měřeno z jeho „povrchu“ (což v tomto případě znamená jeho mračna), Jupiterova gravitace je více než dvakrát vyšší než gravitace Země – 24,79 m / s2 neboli 2,528 g.

Hustota Saturnu:

Při 0,687 g / cm3 je Saturn nejméně hustý z plynných gigantů. Ve skutečnosti je to střední hustota ve skutečnosti nižší než hustota vody, což znamená, že pokud by bylo možné umístit planetu do vany vody, vznášelo by se. Ale stejně jako u Jupitera a dalších gigantů se tato hustota značně pohybuje od exteriéru rostliny (který je složen z elementárního vodíku a helia) po jeho jádro (o kterém se opět předpokládá, že je kamenité a obklopené kovem vodík).

Díky větší velikosti, ale nižší hustotě než pozemské planety, je povrchová gravitace Saturnu (opět měřeno od jeho mraků) jen o něco vyšší než u Země -10,44 m / s² nebo 1,065 g.

Hustota Uranu:

Se střední hustotou 1,27 g / cm3, Uran je po Saturnu druhou nejméně hustou z plynných obrů. Jeho mírně vyšší hustota je způsobena jeho složením, které se skládá hlavně z různých těkavých ledů – jako je voda, amoniak a methan – kromě plynů, jako je vodík a helium. Z tohoto důvodu se Uran (a Neptun) často označují jako „ledoví obři“, aby se odlišili od Jupitera a Saturna.

Standardní model struktury Uranu spočívá v tom, že se skládá ze tří vrstev. obři, to zahrnuje skalní jádro a vnější vrstvu vodíku a helia. Ale v případě Uranu jsou tyto vrstvy uprostřed spojeny ledovým pláštěm, spíše než vrstvou tvořenou kapalným vodíkem. Přítomnost metanu v jeho atmosféře je také to, co dává Uranu jeho zvláštní odstín.

Celková velikost, hmotnost a hustota Uranu také znamenají, že jeho povrchová gravitace je menší než zemská gravitace. Celkově vzato to vychází na 8,69 m / s², což odpovídá 0,886 g.

Hustota Neptunu:

Průměrná hustota Neptunu je 1 638 g / cm³, což z něj činí nejhustší ze všech gigantů. Podobně jako Uran je i jeho složení vysoké Koncentrace těkavých látek vzhledem k Jupiteru a Saturnu. Stejně jako Uran se jeho vnitřek rozlišuje mezi hustým jádrem tvořeným křemičitany a kovy, pláštěm tvořeným vodou, čpavkem a metanovými ledy a atmosférou tvořenou vodíkem, heliem a plynným metanem. vyšší koncentrace metanu v atmosféře Neptunu jsou důvodem, proč má tmavší odstín než Uran. A mezi svou velikostí, hmotou a hustotou má Neptun povrchovou gravitaci 11,15 m / s2 – což je ekvivalent 1,14 g.

Jak vidíte, hustoty slunečních planet se velmi liší. Zatímco ty, které jsou blíže ke Slunci, jsou pozemské a poměrně husté, ty, které obývají vnější sluneční soustavu, jsou převážně plynné a kapalné, a proto jsou v průměru méně husté.

My jste zde na Universe Today napsali mnoho zajímavých článků o hustotách planet. Tady je Hustota Venuše, Hustota Země, Hustota Měsíce, Hustota Marsu, Hustota Saturnu, Hustota Uranu a Hustota Neptunu.

Pokud hledáte Další informace najdete na stránce průzkumu sluneční soustavy NASA a zde je odkaz na simulátor sluneční soustavy NASA.

Astronomické obsazení má epizody na všech planetách včetně epizody 49: Merkur,