Kuinka tiheät planeetat ovat?

Aurinkokuntamme kahdeksan planeettaa vaihtelevat suuresti paitsi koon, myös massan ja tiheyden (eli massan tilavuusyksikköä kohti) suhteen. Esimerkiksi 4 sisäistä planeettaa – ne, jotka ovat lähinnä aurinkoa – ovat kaikki maanpäällisiä planeettoja, eli ne koostuvat pääasiassa silikaattikivistä tai metalleista ja niillä on kiinteä pinta. Näillä planeetoilla tiheys vaihtelee sitä kauemmas, kun se lähtee pinnasta kohti ydintä, mutta ei merkittävästi.

Sitä vastoin 4 ulompaa planeettaa nimitetään kaasujätteiksi (ja / tai jääjätteiksi), jotka koostuvat pääasiassa vedystä, heliumista ja vedestä, joita esiintyy erilaisissa fysikaalisissa tiloissa. Vaikka nämä planeetat ovat kooltaan ja massaltaan suurempia, niiden kokonaistiheys on paljon pienempi. Lisäksi niiden tiheys vaihtelee huomattavasti ulomman ja sisemmän kerroksen välillä, vaihtelemalla nestemäisestä tilasta niin tiheisiin materiaaleihin, että niistä tulee kallioperäisiä.

Tiheydellä on myös tärkeä rooli planeetan pinnan painovoiman ja on luontaista ymmärtää kuinka planeetta muodostui. Kun aurinko on muodostunut aurinkokuntamme keskelle, planeetat muodostettiin protoplaneettalevystä. Maanpäälliset planeetat ovat syntyneet sisäisen aurinkokunnan pölyjyvistä, kun taas ulkoisen aurinkokunnan planeetat kertovat tarpeeksi ainetta painovoimaansa pitääkseen kiinni nebulan jäännöskaasusta.

Mitä enemmän kaasua he pitivät, sitä suuremmiksi ne tulivat. Ja mitä suuremmiksi he tulivat, sitä enemmän ainetta ne kerääntyisivät, kunnes he olivat saavuttaneet kriittisen pisteen. Vaikka Jupiterin ja Saturnuksen kaasujätit kasvoivat räjähdysmäisesti, jääjätit (Uranus ja Neptune), joissa oli vain muutama maapallon sumumassakaasu, eivät koskaan saavuttaneet tätä kriittistä pistettä. Kaikissa tapauksissa tiheys mitataan grammoina kuutiosenttimetriä kohti (tai g / cm³).

Elohopean tiheys:

Maan planeetalla elohopea koostuu metalleista. ja silikaattimateriaalia. Elohopean keskimääräinen tiheys on toiseksi suurin aurinkokunnassa, jonka arvioidaan olevan 5,427 g / cm3 – vain hieman pienempi kuin maapallon tiheys 5,515 g / cm3. Kuitenkin, jos painovoiman vaikutukset – joissa painovoiman vaikutukset pienennä kohteen kokoa ja lisää sen tiheyttä – silloin elohopea on itse asiassa tiheämpää kuin maa, pakkaamaton tiheys 5,3 g / cm³ verrattuna maapallon 4,4 g / cm3: ään.

Nämä arviot voidaan myös esittää käytetään päättelemään yksityiskohtia sen sisäisestä rakenteesta. Maapalloon verrattuna elohopea on paljon pienempi, minkä vuoksi sen sisäiset alueet puristuvat vähemmän. Siksi sen suuren tiheyden uskotaan johtuvan suuresta ja rikkaasta ytimestä. Kaiken kaikkiaan metallien, kuten raudan ja nikkelin, uskotaan muodostavan 70% planeetan massasta (suurempi kuin mikään muu planeetta), kun taas silikaattikivien osuus on vain 30%.

Tätä varten on ehdotettu useita teorioita, mutta hallitseva väittää, että elohopealla oli paksumpi silikaattikuori aiemmin historiassaan. Tämä kuori puhallettiin sitten suurelta osin, kun suuri planeettamainen törmäsi planeetan kanssa. Elohopean pinnan painovoima yhdessä koon ja massan kanssa on 3,7 m / s2, mikä vastaa 0,38 maapallon painovoimaa (alias. 1 g).

Venuksen tiheys:

Auringon toisen planeetan ja toiseksi lähimmän maan planeetan, Venuksen, keskimääräinen tiheys on 5,243 g / cm3. Tämä on jälleen hyvin lähellä maapallon omaa tiheyttä. Ja vaikka Venuksen geologiasta ja seismologiasta on vielä paljon tuntematonta, tähtitieteilijöillä on käsitys Venuksen koostumuksesta ja rakenteesta perustuen vertaileviin arvioihin sen koosta, massasta ja tiheydestä.

Lyhyesti sanottuna uskotaan, että Venus meikki ja sisäinen rakenne ovat hyvin samanlaisia kuin maapallon, koostuvat ytimestä, vaipasta ja kuoresta. Myös maapallon tavoin sisätilojen on koostuttava rikkaista mineraaleista, kun taas silikaattimineraalit muodostavat vaipan ja kuoren. Hieman pienempi Venuksen koko tarkoittaa myös sitä, että paineet ovat sen syvässä sisäosassa 24% pienempiä kuin maapallon.

Koska Venus ja Earth ovat jäähtyneet suunnilleen samalla nopeudella, uskotaan, että Venuksen ytimen on oltava ainakin osittain nestemäinen. Magnetosfäärin puute Venuksen ympärillä on kuitenkin saanut tutkijat kyseenalaistamaan tämän, ja jotkut väittävät, että ytimen on oltava tasainen lämpötilassa, kun taas toiset vaativat sen olevan täysin jäähdytetty ja kiinteä. Jotkut ovat menneet niin pitkälle, että heillä ei ole ydintä.

Maan tiheys:

Maan tiheys kaikista aurinkokunnan planeetoista on 5,514 g / cm3. Tätä pidetään standardina, jolla muiden planeettojen tiheydet mitataan. Lisäksi maapallon koon, massan ja tiheyden yhdistelmä johtaa pintapainoon 9,8 m / s². Tätä käytetään myös standardina (yksi g) mitattaessa muiden planeettojen pintapainoa.

Muiden maanpäällisten planeettojen tavoin maapallon sisätilat on jaettu kerroksiin, jotka eroavat toisistaan kemiallisella tai fysikaalisella (reologinen) ) ominaisuudet. Nämä kerrokset koostuvat raudasta ja nikkelistä koostuvasta ytimestä, viskoosista silikaattimateriaalista koostuvasta ylemmästä ja alemmasta vaipasta ja kiinteistä silikaattimateriaaleista koostuvasta kuoresta.

Toisin kuin muut maanpäälliset planeetat, maapallon ydinalue on jaettu kiinteään sisäiseen ytimeen ja nestemäiseen ulkoiseen ytimeen. Sisäisen sydämen pituus on arviolta 1220 km ja se koostuu raudasta ja nikkelistä, kun taas uloin ydin ulottuu sen yli noin 3400 km: n säteelle. Ulompi ydin pyörii myös maapallon pyörimisen vastakkaiseen suuntaan, jonka uskotaan olevan maapallon magnetosfäärin lähde. Kuten kaikki planeetat, tämä tiheys kasvaa lähemmäksi ydintä ja saavuttaa arviolta 12 600–13 000 kg / m3 sisäydimessä.

Marsin tiheys:

maanpäällisenä planeetta, Mars on myös jaettu kerroksiin, jotka eroavat toisistaan niiden kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien perusteella – tiheä metallinen ydin, silikaattivaippa ja kuori. Planeetan kokonaistiheys on pienempi kuin maapallon, arvioitu 3,933 g / cm³, ja tämä tiheys kasvaa lähemmäksi ydintä. Maan tavoin tämä johtuu siitä, että ydin koostuu raudasta ja nikkelistä, kun taas vaippa koostuu silikaattimateriaaleista.

Sen sisätilojen nykyiset mallit viittaavat ydinalueeseen noin 1794 ± 65 kilometrin säde, joka koostuu pääasiassa raudasta ja nikkelistä, jonka rikkipitoisuus on noin 16–17%. Verrattuna maankuoreen, jonka paksuus on keskimäärin 40 km, Marsin kuoren keskimääräinen paksuus on noin 50 km, ja maksimipaksuus on 125 km (78 mi). Marsin pintapaino on koon, massan ja tiheyden välillä noin 3 711 m / s² – mikä saavuttaa 0,38 g.

Jupiterin tiheys:

Kaasujätinä (alias. koostuu pääosin kaasumaisesta ja nestemäisestä aineesta) Jupiterilla on pienempi keskitiheys kuin millään muulla maanpäälliset planeetat. Se on kuitenkin 1,326 g / cm3 myös toiseksi tihein kaasujätteistä. Huolimatta uskomattomasta koostaan ja massastaan, matalampi tiheys johtuu siitä, että ne koostuvat suurelta osin jalokaasuista, joita ylläpidetään tiloissa, jotka vaihtelevat kaasumaisesta kiinteään.

Lisäksi tämä tiheys vaihtelee huomattavasti sen ulkoisten kaasumaisten kerrosten ja ytimen välillä, jonka uskotaan koostuu kivestä ja sitä ympäröi metallivetykerros. Ulkoisimmassa kerroksessa, joka koostuu alkyylivedystä ja heliumista, materiaalien tiheys on pienempi kuin vedellä – 0,0002 g / cm³ verrattuna 1 g / cm3 vettä.

Sen alapuolella, missä planeetan vety on nestemäisessä tilassa, tiheys nousee noin 0,5 g / cm3: iin ja kasvaa 1 g / cm3: iin rajalla metallivetystä koostuvan kerroksen kanssa. Sillä välin metallivetykerroksen arvioitu tiheys on 4 g / cm3 – suunnilleen sama kuin Mars. Ja ytimessä, jonka koostumusta vielä spekuloidaan, tiheys nousee 25 g / cm3: een.

Ajatteli, että sen keskimääräinen tiheys on pienempi kuin maanpäällisten planeettojen, Jupiterin koko, koko ja sen runkoon pakkaama materiaali tuottaa voimakasta painovoimaa. ”Pinnaltaan” (mikä tässä tapauksessa tarkoittaa pilvenpiirtimiä) mitattuna Jupiterin painovoima on yli kaksi ja hlaf kertaa Maan – 24,79 m / s2 eli 2,528 g.

Saturnuksen tiheys:

Saturnus on 0,677 g / cm3 vähiten tiheä kaasujätteistä. Itse asiassa sen keskimääräinen tiheys on itse asiassa pienempi kuin veden, mikä tarkoittaa, että jos planeetta olisi mahdollista sijoittaa ammeeseen Mutta kuten Jupiterillä ja muillakin jättiläisillä, tämä tiheys vaihtelee huomattavasti kasvin ulkopuolelta (joka koostuu alkuainevetystä ja heliumista) sen ytimeen (jonka taas uskotaan olevan kivinen ja metallisen ympäröimä). vety).

Suuremman koon mutta pienemmän tiheyden kuin maanpäälliset planeetat ansiosta Saturnuksen pinnan painovoima (jälleen mitattuna sen pilvipinnoista) on vain hieman korkeampi kuin maapallon -10,44 m / s² tai 1,065 g.

Uraanin tiheys:

Keskimääräisen tiheyden ollessa 1,27 g / cm3, Uranus on toiseksi vähiten tiheä kaasujätteistä Saturnuksen jälkeen. Sen hieman suurempi tiheys johtuu sen koostumuksesta, joka koostuu pääasiassa erilaisista haihtuvista jääistä – kuten vedestä, ammoniakista ja metaanista – kaasujen, kuten vety ja helium, lisäksi. Tästä syystä Uranusta (ja Neptunusta) kutsutaan usein ”jääjätteiksi” erottaakseen ne Jupiterista ja Saturnuksesta.

Uranuksen rakenteen vakiomalli on, että se koostuu kolmesta kerroksesta. Kuten muutkin jättiläisiä, tämä sisältää kivisen ytimen ja vedyn ja heliumin ulkokerroksen. Mutta Uranuksen tapauksessa nämä kerrokset on yhdistetty jäisellä vaipalla keskellä pikemminkin kuin se, joka koostuu nestemäisestä vedystä. Metaanin läsnäolo sen ilmakehässä on myös se, mikä antaa Uranukselle sen erityisen sävyn.

Uranuksen koko, koko ja tiheys tarkoittavat myös, että sen pinnan painovoima on pienempi kuin maapallon. Kaikki kerrotaan, että se toimii 8,69 m / s², mikä vastaa 0,886 g.

Neptunuksen tiheys:

Neptunuksen keskimääräinen tiheys on 1,638 g / cm³, joten se on tihein kaikista jättiläisistä. Uraanin tavoin se koostuu korkea haihtuvien aineiden pitoisuudet suhteessa Jupiteriin ja Saturnukseen. Samoin kuin Uranus, sen sisätilat on erotettu tiheästä silikaateista ja metalleista koostuvasta sydämestä, vedestä, ammoniakista ja metaanijääistä koostuvasta vaipasta ja vedystä, heliumista ja metaanikaasusta koostuvasta ilmakehästä.

korkeammat metaanipitoisuudet Neptunuksen ilmakehässä ovat sen vuoksi sävyn tummempia kuin Uranus. Ja koon, massan ja tiheyden välillä Neptunuksen pintapaino on 11,15 m / s2 – mikä vastaa 1,14 g.

Kuten näette, aurinkoplaneettojen tiheydet vaihtelevat suuresti. Auringon lähempänä olevat ovat maanpäällisiä ja melko tiheitä, kun taas aurinkokunnan ulommassa osassa asuvat ovat suurelta osin kaasumaisia ja nestemäisiä, joten ne ovat keskimäärin vähemmän tiheitä.

Me ovat kirjoittaneet monia mielenkiintoisia artikkeleita planeettojen tiheydestä täällä Universe Today. Tässä ovat Venuksen tiheys, Maan tiheys, Kuun tiheys, Marsin tiheys, Saturnuksen tiheys, Uraanin tiheys ja Neptunuksen tiheys.

Jos etsit Lisätietoja saat NASA: n aurinkokunnan etsintäsivulta ja tässä on linkki NASA: n aurinkokunnan simulaattoriin.

Tähtitiede -elokuvassa on jaksoja kaikilla planeetoilla, mukaan lukien Jakso 49: Elohopea