Mennyire sűrűek a bolygók?

Naprendszerünk nyolc bolygója nagymértékben különbözik, nemcsak méretét, hanem tömegét és sűrűségét (azaz térfogategységre eső tömegét) tekintve is. Például a 4 belső bolygó – azok, amelyek a legközelebb vannak a Naphoz – mind földi bolygók, vagyis elsősorban szilikátkőzetekből vagy fémekből állnak és szilárd felülettel rendelkeznek. Ezeken a bolygókon a sűrűség a felszíntől a mag felé haladva változik, de nem jelentősen.

Ezzel szemben a 4 külső bolygót gázóriásnak (és / vagy jégóriásnak) nevezik, amelyek összetétele elsősorban hidrogénből, héliumból és különféle fizikai állapotban lévő vízből. Míg ezek a bolygók nagyobbak és tömegesebbek, összsűrűségük sokkal kisebb. Ezenkívül a sűrűségük a külső és a belső réteg között jelentősen változik, a folyékony állapottól az olyan sűrű anyagokig, hogy sziklaszilárdá váljanak.

A sűrűség szintén létfontosságú szerepet játszik a bolygó felületi gravitációjának meghatározásában és a bolygó kialakulásának megértése szempontjából lényeges. Miután a Nap kialakult a Naprendszerünk középpontjában, a bolygók protoplanetáris korongból alakultak ki. Míg a földi bolygók a belső Naprendszer porszemcséiből származnak, a külső Naprendszer bolygói elég anyagot gyűjtöttek ahhoz, hogy a gravitációjuk megtartsa a köd maradék gázát.

Minél több gázt tartanak rajta, annál nagyobbak lesznek. És minél nagyobbak lesznek, annál több anyag halmozódik fel, egészen olyan holtversenyig, hogy elérjék a kritikus pontot. Míg a Jupiter és a Szaturnusz gázóriásai exponenciálisan növekedtek, a jégóriások (Uránus és Neptunusz), csak néhány földi ködgáz tömeggel, soha nem érték el ezt a kritikus pontot. A sűrűséget minden esetben gramm / köb cm-ben (vagy g / cm³) számolják.

A higany sűrűsége:

A földi bolygón a higany fémekből áll. és szilikát anyag. A higany átlagos sűrűsége a második legnagyobb a Naprendszerben, amely a becslések szerint 5,427 g / cm3 – csak valamivel kisebb, mint a Föld 5,515 g / cm3 sűrűsége. Ha azonban a gravitációs kompresszió hatásai – amelyben a gravitáció hatásai vannak csökkentse az objektum méretét és növelje annak sűrűségét – akkor a Merkúr sűrűbb, mint a Föld, tömörítetlen sűrűsége 5,3 g / cm³, összehasonlítva a Föld 4,4 g / cm3 értékével.

Ezek a becslések is belső szerkezetének részleteire szoktak következtetni. A Földhöz képest a higany sokkal kisebb, ezért a belső területei kevésbé vannak kitéve a tömörítésben. Ezért úgy gondolják, hogy nagy sűrűsége egy nagy és vasban gazdag mag eredménye. Mindent elmondva, úgy vélik, hogy a fémek, mint a vas és a nikkel, a bolygó tömegének 70% -át teszik ki (magasabbak, mint bármely más bolygóé), míg a szilikátkőzet csupán 30% -ot tesz ki.

Erre vonatkozóan több elméletet is felvetettek, de az uralkodó azt állítja, hogy a Merkúrnak története során korábban vastagabb szilikát kérge volt. Ez a kéreg aztán nagyrészt lefújt, amikor egy nagy planetesimal ütközött a bolygóval. Méretével és tömegével együtt a Merkúr felületi gravitációja 3,7 m / s2, ami megegyezik a Föld gravitációjának (más néven 1 g) egyenértékével.

A Vénusz sűrűsége:

Napunk második bolygója, valamint a második legközelebb fekvő földi bolygó, a Vénusz átlagos sűrűsége 5,243 g / cm3. Ez megint nagyon közel van a Föld saját sűrűségéhez. És bár a Vénusz geológiájáról és szeizmológiájáról még sok minden ismeretlen, a csillagászoknak van egy elképzelésük a Vénusz összetételéről és felépítéséről, méretének, tömegének és sűrűségének összehasonlító becslésein alapulva. A smink és a belső szerkezet nagyon hasonlít a Földéhez, magból, palástból és kéregből áll. A Földhöz hasonlóan a belső térnek is vasban gazdag ásványokból kell állnia, míg a szilikát ásványok alkotják a köpenyt és a kérget. A Vénusz valamivel kisebb mérete azt is jelenti, hogy a mélyben a nyomás 24% -kal alacsonyabb, mint a Földé.

Mivel a Vénusz és a Föld nagyjából azonos sebességgel hűlt, úgy véljük, hogy a Vénusz magjának legalább részben folyékonynak kell lennie. A Vénusz körüli magnetoszféra hiánya azonban megkérdőjelezte a tudósokat, egyesek szerint a magnak egyenletes hőmérsékletűnek kell lennie, míg mások ragaszkodnak ahhoz, hogy teljesen lehűlt és szilárd legyen. Néhányan odáig mentek, hogy azt sugallják, nincs magja.

A Föld sűrűsége:

A Föld sűrűsége a Naprendszer bármely bolygója közül a legnagyobb, 5,514 g / cm3. Ezt tekintik annak a mércének, amellyel a többi bolygó sűrűségét mérik. Ezenkívül a Föld méretének, tömegének és sűrűségének kombinációja 9,8 m / s² felületi gravitációt is eredményez. Ezt használják standardként (egy g) más bolygók felületi gravitációjának mérésekor is.

A többi földi bolygóhoz hasonlóan a Föld belseje is rétegekre oszlik, amelyeket kémiai vagy fizikai (reológiai ) tulajdonságait. Ezek a rétegek vasból és nikkelből álló magból, viszkózus szilikátanyagokból álló felső és alsó köpenyből, valamint szilárd szilikát anyagokból álló kéregből állnak.

Azonban a többi földi bolygóval ellentétben a Föld magterülete szilárd belső magra és folyékony külső magra oszlik. A belső mag hozzávetőlegesen 1220 km, vasból és nikkelből áll, míg a külső mag kb. 3400 km sugarú körzetig terjed. A külső mag a Föld forgásának ellentétes irányában is forog, amelyről feltételezik, hogy ez a Föld magnetoszférájának forrása. Mint minden bolygóé, ez a sűrűség is növekszik, minél közelebb kerül a maghoz, és a belső magban becslések szerint eléri a 12 600–13 000 kg / m3 értéket.

A Mars sűrűsége:

Földi bolygó, a Mars szintén rétegekre oszlik, amelyek kémiai és fizikai tulajdonságaik alapján megkülönböztethetők – sűrű fémes mag, szilikát köpeny és kéreg. A bolygó teljes sűrűsége alacsonyabb, mint a Földé, 3,933 g / cm3-re becsülve, és ez a sűrűség növekszik, minél közelebb kerül a maghoz. A Földhöz hasonlóan ez annak a ténynek köszönhető, hogy a mag vasból és nikkelből áll, míg a palást szilikát anyagokból áll.

A belső tér jelenlegi modelljei körülbelül 1794 magrégiót jelentenek ± 65 kilométer (1115 ± 40 mérföld) sugarú körzetben, amely elsősorban vasból és nikkelből áll, körülbelül 16–17% kénnel. A Föld kérgéhez képest – amelynek vastagsága átlagosan 40 km (25 mérföld) – a Mars kérgének átlagos vastagsága körülbelül 50 km (31 mérföld), maximális vastagsága 125 km (78 mérföld). Mérete, tömege és sűrűsége között a Mars felületi gravitációja körülbelül 3,711 m / s² – ami 0,38 g-ra nő.

A Jupiter sűrűsége:

Gázóriásként (más néven nagyrészt gáznemű és folyékony anyagból áll) a Jupiter átlagos sűrűsége alacsonyabb, mint bármelyik földi bolygók. Azonban 1,326 g / cm3-nél a gázóriások közül a második sűrűbb. Hihetetlen nagyságuk és tömegük ellenére az alacsonyabb sűrűség annak köszönhető, hogy nagyrészt nemesgázokból állnak, amelyek a gázneműtől a szilárdig terjedő állapotokban vannak fenntartva.

Ezenkívül ez a sűrűség jelentősen eltér a külső gázrétegek és a mag között, amelyről feltételezhető, hogy kőzetből áll, és fémes hidrogénréteg veszi körül. A legkülső rétegben, amely elemi hidrogénből és héliumból áll, az anyagok sűrűsége kisebb, mint a vízé – 0,0002 g / cm³, szemben 1 g / cm3 víz alatt.

Alatta, ahol a bolygó hidrogénje folyékony állapotban van, a sűrűség nagyjából 0,5 g / cm3-re nő, és 1 g / cm3-re nő a fém hidrogénből álló réteg határán. A fémes hidrogén réteg időközben becsült sűrűsége 4 g / cm3 – azaz megközelítőleg megegyezik a Marséval. És a magban, akinek összetétele még mindig spekuláció tárgya, a sűrűség 25 g / cm3-re emelkedik.

Úgy gondoltuk, hogy átlagos sűrűsége alacsonyabb, mint a földi bolygóké, a Jupiter teljes mérete, tömege és mennyisége a keretbe csomagolt anyag erőteljes gravitációt eredményez. A “felületéről” (ami ebben az esetben a felhőzeteket jelenti) mérve a Jupiter gravitációja meghaladja a Föld kétszerese és egy hlaf-szorosa – 24,79 m / s2, vagyis 2,528 g.

A Szaturnusz sűrűsége:

0,687 g / cm3-ben a Szaturnusz a legkevésbé sűrű a gázóriások között. Valójában az átlagos sűrűsége valójában alacsonyabb, mint a vízé, ami azt jelenti, hogy ha lehetséges lenne a bolygót kádba helyezni De a Jupiterhez és a többi óriáshoz hasonlóan ez a sűrűség is jelentősen a növény külsejétől (amely elemi hidrogénből és héliumból áll) a magjáig (amelyet ismét sziklásnak tartanak, és fémes hidrogén).

A Szaturnusz felületi gravitációja (ismét a felhőzetéből mérve) nagyobb, de kisebb a földi bolygóknál valamivel magasabb, mint a Föld -10,44 m / s² vagy 1,065 g.

Az Urán sűrűsége:

1,27 g / cm3 átlagos sűrűséggel, Az Urán a Szaturnusz után a gázóriások második legkevesebb sűrűsége. Kissé nagyobb sűrűsége annak az összetételnek köszönhető, amely elsősorban különböző illékony jégekből – például vízből, ammóniából és metánból – áll olyan gázok mellett, mint a hidrogén és a hélium. Ezért az Uránt (és a Neptunust) gyakran “jégóriásoknak” nevezik, hogy megkülönböztessék őket a Jupitertől és a Szaturnustól.

Az Uránusz szerkezetének standard modellje, hogy három rétegből áll. óriások, ez magában foglal egy sziklás magot, valamint egy külső hidrogén- és héliumréteget. De az Uránus esetében ezeket a rétegeket középen egy jeges köpeny köti össze, inkább azt, amely folyékony hidrogénből áll. A metán jelenléte a légkörében az Uránusz sajátos árnyalatát is adja.

Az Urán teljes mérete, tömege és sűrűsége azt is jelenti, hogy felületi gravitációja kisebb, mint a Földé. Mindent elmondva, 8,69 m / s²-ig működik, ami 0,886 g-nak felel meg.

Neptunusz sűrűsége:

A Neptunusz átlagos sűrűsége 1,638 g / cm³, így az egyik óriás közül a legsűrűbb. Az Uránhoz hasonlóan magas Az illékony anyagok koncentrációja a Jupiterhez és a Szaturnuszhoz viszonyítva. Az Uránushoz hasonlóan a belseje is megkülönbözteti a szilikátokból és fémekből álló sűrű magot, a vízből, ammóniaból és metánból készült palástot, valamint a hidrogénből, héliumból és metángázból álló légkört.

magasabb metánkoncentráció a Neptunusz légkörében ezért sötétebb árnyalatú, mint az Urán. Mérete, tömege és sűrűsége között a Neptunusz felületi gravitációja 11,15 m / s2 – ami 1,14 g-nak felel meg.

Amint láthatja, a Nap bolygók sűrűsége nagyon eltérő. Míg azok, amelyek közelebb vannak a Naphoz, földi és meglehetősen sűrűek, a külső Naprendszerben élők nagyrészt gázneműek és folyékonyak, ezért átlagosan kevésbé sűrűek.

Mi sok érdekes cikket írtam a bolygók sűrűségéről itt, a Universe Today-ben. Itt vannak a Vénusz sűrűsége, a Föld sűrűsége, a Hold sűrűsége, a Mars sűrűsége, a Szaturnusz sűrűsége, az Urán és a Neptunusz sűrűsége.

Ha keres További információért keresse fel a NASA Naprendszer-felfedező oldalát, és itt talál egy linket a NASA Naprendszer-szimulátorához.

Az Astronomy Cast epizódjai vannak az összes bolygón, beleértve a 49. epizódot: a Merkúr