Hvor tæt er planeterne?

De otte planeter i vores solsystem varierer meget, ikke kun med hensyn til størrelse, men også med hensyn til masse og tæthed (dvs. dens masse pr. volumenenhed). For eksempel er de 4 indre planeter – dem der er tættest på Solen – alle jordbaserede planeter, hvilket betyder at de primært er sammensat af silikatsten eller metaller og har en solid overflade. På disse planeter varierer tætheden, jo længere man bevæger sig fra overfladen mod kernen, men ikke betydeligt.

Derimod betegnes de 4 ydre planeter som gaskæmper (og / eller iskæmper), som er sammensat primært af hydrogen, helium og vand, der findes i forskellige fysiske tilstande. Mens disse planeter er større i størrelse og masse, er deres samlede tæthed meget lavere. Derudover varierer deres tæthed betydeligt mellem de ydre og indre lag og spænder fra en flydende tilstand til materialer, der er så tætte, at de bliver solide.

Densitet spiller også en vigtig rolle i bestemmelsen af en planets overfladegravitation og er iboende for at forstå, hvordan en planet dannede sig. Efter dannelsen af solen i centrum af vores solsystem blev planeterne dannet af en protoplanetær skive. Mens de jordbaserede planeter stammer fra støvkorn i det indre solsystem, akkumulerede planeter i det ydre solsystem tilstrækkeligt stof til, at deres tyngdekraft kan holde fast i tågen, der er tilbage gas.

Jo mere gas de holdt fast i, jo større blev de. Og jo større de blev, jo mere stof ville de samle indtil en sådan slips at de nåede et kritisk punkt. Mens gaskæmperne fra Jupiter og Saturn voksede eksponentielt, nåede iskæmperne (Uranus og Neptun) med kun få jordmasser af nebugas aldrig det kritiske punkt. I alle tilfælde måles densitet som antallet af gram pr. Kubik cm (eller g / cm³).

Densitet af kviksølv:

Efter en jordplanet er kviksølv sammensat af metaller og silikatmateriale. Kviksølvs gennemsnitstæthed er den næsthøjeste i solsystemet, som anslås til at være 5,427 g / cm3 – kun lidt mindre end jordens densitet på 5,515 g / cm3, men hvis virkningerne af tyngdekraftskompression – hvor virkningerne af tyngdekraften er reducere størrelsen på et objekt og øge dens densitet – så er kviksølv faktisk mere tæt end jorden med en ukomprimeret densitet på 5,3 g / cm³ sammenlignet med jordens 4,4 g / cm³.

Disse skøn kan også være bruges til at udlede detaljer om dens indre struktur. Sammenlignet med Jorden er Kviksølv meget mindre, hvorfor de indre regioner udsættes for mindre kompression. Derfor menes dens høje tæthed at være resultatet af en stor og jernrig kerne. Alt i alt antages det, at metaller som jern og nikkel udgør 70% af planetens masse (højere end nogen anden planet), mens silikatsten kun tegner sig for 30%.

Flere teorier om dette er blevet foreslået, men den fremherskende hævder, at Merkur havde en tykkere silikatskorpe tidligere i sin historie. Denne skorpe blev så stort set sprængt af, da en stor planetesimal kolliderede med planeten. Kombineret med sin størrelse og masse har kviksølv en overfladetyngdekraft på 3,7 m / s2, hvilket svarer til 0,38 af jordens tyngdekraft (aka 1 g).

Venusdensitet:

Den anden planet fra vores sol såvel som den næststørste jordiske planet, Venus, har en gennemsnitlig densitet på 5,243 g / cm3. Igen er dette meget tæt på Jordens egen tæthed. Og mens meget stadig er ukendt om Venus geologi og seismologi, har astronomer en idé om Venus sammensætning og struktur baseret på sammenlignende skøn over dens størrelse, masse og dens densitet.

Kort sagt antages det, at Venus Makeup og indre struktur ligner meget Jordens, bestående af en kerne, en kappe og en skorpe. Ligesom jorden skal det indre imidlertid bestå af jernrige mineraler, mens silikatmineraler udgør kappen og skorpen. Venus lidt mindre størrelse betyder også, at trykket er 24% lavere i dets dybe indre end Jordens.

Fordi Venus og Jorden har kølet af omtrent samme hastighed, antages det at Venus kerne skal være i det mindste delvist flydende. Manglen på en magnetosfære omkring Venus har imidlertid fået forskere til at stille spørgsmålstegn ved dette, idet nogle hævder, at kernen skal være ensartet i temperatur, mens andre insisterer på, at den er fuldt afkølet og solid. Nogle er gået så langt som at antyde, at det ikke har nogen kerne.

Jordens tæthed:

Jorden har den højeste tæthed af enhver planet i solsystemet ved 5,514 g / cm3. Dette betragtes som den standard, hvormed andre planeters densiteter måles. Derudover resulterer kombinationen af Jordens størrelse, masse og tæthed også i en overfladegravitation på 9,8 m / s². Dette bruges også som en standard (en g) ved måling af overfladetyngdekraften på andre planeter.

Ligesom de andre jordbaserede planeter er Jordens indre opdelt i lag, der er kendetegnet ved deres kemiske eller fysiske (reologiske ) ejendomme. Disse lag består af en kerne sammensat af jern og nikkel, en øvre og nedre kappe sammensat af tyktflydende silikatmaterialer og en skorpe sammensat af faste silikatmaterialer.

I modsætning til de andre jordbaserede planeter er Jordens kerneområde imidlertid opdelt i en fast indre kerne og en flydende ydre kerne. Den indre kerne måler anslået 1220 km og består af jern og nikkel, mens den ydre kerne strækker sig ud over den til en radius på ca. 3.400 km. Den ydre kerne roterer også i den modsatte retning af Jordens rotation, hvilket menes at være kilden til Jordens magnetosfære. Som med alle planeter øges denne tæthed, jo tættere man kommer på kernen og anslås til 12.600–13.000 kg / m3 i den indre kerne.

Mars densitet:

Som en jordbaseret planet, Mars er også opdelt i lag, der er differentieret baseret på deres kemiske og fysiske egenskaber – en tæt metallisk kerne, en silikatkappe og en skorpe. Planetens samlede densitet er lavere end Jordens, estimeret til 3,933 g / cm³, og denne densitet øges, jo tættere man kommer på kernen. Ligesom Jorden skyldes dette, at kernen er sammensat af jern og nikkel, mens kappen er lavet af silikatmaterialer.

Nuværende modeller af dets indre indebærer et kerneområde omkring 1.794 ± 65 kilometer (1.115 ± 40 mi) i radius, bestående primært af jern og nikkel med ca. 16–17% svovl. Sammenlignet med jordskorpen – med et gennemsnit på 40 km (25 mi) – er den gennemsnitlige tykkelse af Mars skorpe ca. 50 km (31 mi) med en maksimal tykkelse på 125 km (78 mi). Mellem sin størrelse, masse og densitet har Mars en overfladetyngdekraft på ca. 3,711 m / s² – hvilket udgør 0,38 g.

Jupiters tæthed:

Som en gaskæmpe (alias sammensat i vid udstrækning af luftformigt og flydende stof) har Jupiter en lavere gennemsnitstæthed end nogen af de jordbaserede planeter. Imidlertid er det ved 1,326 g / cm3 også den næstmest tætte af gaskæmperne. På trods af deres utrolige størrelse og masse skyldes den lavere tæthed, at de stort set er sammensat af ædle gasser, som opretholdes i tilstande, der spænder fra gasformige til faste.

Derudover ligger denne tæthed betydeligt mellem dens ydre luftformige lag og dens kerne, som menes at være være sammensat af sten og omgivet af et lag af metallisk brint. I det yderste lag, der består af elementært brint og helium, er materialernes massefylde mindre end vandets – 0,0002 g / cm³ sammenlignet med 1 g / cm³ vand.

Under det, hvor planetens brint er i flydende tilstand, stiger densiteten til ca. 0,5 g / cm³ og stiger til 1 g / cm³ ved grænsen med laget sammensat af metallisk brint. Laget metallisk brint har i mellemtiden en anslået tæthed på 4 g / cm³ – dvs. omtrent det samme som Mars. Og i kernen, hvis sammensætning stadig er genstand for spekulation, stiger densiteten til 25 g / cm³.

Trodde, at dens gennemsnitlige densitet er lavere end de jordbaserede planeter, Jupiters samlede størrelse, masse og mængden af materiale det pakker ind i rammen giver en kraftig tyngdekraft. Målt ud fra dens “overflade” (som i dette tilfælde betyder dens skyetoppe) er Jupiters tyngdekraft over to og en hlaf gange Jordens – 24,79 m / s2 eller 2,528 g.

Saturnens tæthed:

Ved 0,687 g / cm3 er Saturn den mindst tætte af gaskæmperne. Faktisk er dens gennemsnitlige densitet faktisk lavere end vandets, hvilket betyder, at hvis det var muligt at placere planeten i et kar af vand, ville det flyde. Men som med Jupiter og de andre giganter varierer denne tæthed betydeligt fra plantens ydre (som består af elementært brint og helium) til dets kerne (som igen menes at være stenet og omgivet af metallisk hydrogen).

På grund af sin større størrelse men lavere tæthed end jordbaserede planeter er Saturns overfladegravitation (igen målt fra dens skyetoppe) bare lidt højere end Jordens -10,44 m / s² eller 1,065 g.

Uranus tæthed:

Med en gennemsnitlig densitet på 1,27 g / cm3, Uranus er den næstmest tætte af gaskæmperne efter Saturn. Dens lidt højere densitet skyldes dets sammensætning, der primært består af forskellige flygtige iser – såsom vand, ammoniak og metan – ud over gasser som brint og helium. Af denne grund omtales Uranus (og Neptun) ofte som “iskæmper” for at skelne dem fra Jupiter og Saturn.

Standardmodellen for Uranuss struktur er, at den består af tre lag. Ligesom de andre giganter, dette inkluderer en stenet kerne og et ydre lag af brint og helium. Men i Uranus tilfælde er disse lag forbundet med en iskold kappe i midten snarere end en, der består af flydende brint. Tilstedeværelsen af metan i dets atmosfære er også hvad der giver Uranus sin specielle nuance.

Uranus samlede størrelse, masse og densitet betyder også, at dens overfladetyngdekraft er mindre end Jordens. Alt i alt fungerer den til 8,69 m / s², hvilket svarer til 0,886 g.

Neptuns tæthed:

Neptuns gennemsnitstæthed er 1.638 g / cm³, hvilket gør den til den mest tætte af nogen af giganterne. Ligesom Uranus er dens sammensat af høj koncentrationer af flygtige stoffer i forhold til Jupiter og Saturn. Ligesom Uranus skelnes dets indre mellem en tæt kerne bestående af silicater og metaller, en kappe bestående af vand, ammoniak og metangis og en atmosfære bestående af brint, helium og metangas.

højere koncentrationer af metan i Neptuns atmosfære er, hvorfor det er mørkere i farvetone end Uranus. Og mellem sin størrelse, masse og densitet har Neptun en overfladegravitation på 11,15 m / s2 – hvilket svarer til 1,14 g.

Som du kan se, varierer masserne af solplaneterne meget. Mens de, der er tættere på solen, er jordbaserede og ret tætte, er de, der befinder sig i det ydre solsystem, stort set luftformige og flydende og er derfor i gennemsnit mindre tætte.

Vi har skrevet mange interessante artikler om tætheden af planeter her på Universe Today. Her er Venus-tætheden, Jordens tæthed, Månens tæthed, Mars-densiteten, Saturn-densiteten, Uranus-densiteten og Neptuns tæthed.

Hvis du ser for mere information, se NASAs udforskningsside for solsystemer, og her er et link til NASAs solsystemsimulator.

Astronomy Cast har episoder på alle planeterne inklusive Episode 49: Mercury,