Quanto sono densi i pianeti?

Gli otto pianeti del nostro Sistema Solare variano ampiamente, non solo in termini di dimensioni, ma anche in termini di massa e densità (cioè la sua massa per unità di volume). Ad esempio, i 4 pianeti interni, quelli più vicini al Sole, sono tutti pianeti terrestri, nel senso che sono composti principalmente da rocce o metalli di silicato e hanno una superficie solida. Su questi pianeti, la densità varia quanto più ci si allontana dalla superficie verso il nucleo, ma non considerevolmente.

Al contrario, i 4 pianeti esterni sono designati come giganti gassosi (e / o giganti del ghiaccio) che sono composti principalmente di idrogeno, elio e acqua esistenti in vari stati fisici. Sebbene questi pianeti abbiano dimensioni e massa maggiori, la loro densità complessiva è molto inferiore. Inoltre, la loro densità varia notevolmente tra lo strato esterno e quello interno, da uno stato liquido a materiali così densi da diventare solidi come una roccia.

Anche la densità gioca un ruolo vitale nel determinare la gravità superficiale di un pianeta e è intrinseco per capire come si è formato un pianeta. Dopo la formazione del Sole al centro del nostro Sistema Solare, i pianeti si sono formati da un disco protoplanetario. Mentre i pianeti terrestri sono il risultato di granelli di polvere nel Sistema Solare interno, i pianeti nel Sistema Solare esterno hanno accumulato abbastanza materia perché la loro gravità possa trattenere il gas residuo della nebulosa.

Più gas hanno trattenuto, più sono diventati grandi. E più diventavano grandi, più materia avrebbero accumulato, fino a un legame tale da raggiungere un punto critico. Mentre i giganti gassosi di Giove e Saturno sono cresciuti in modo esponenziale, i giganti di ghiaccio (Urano e Nettuno), con solo poche masse terrestri di gas nebuloso, non hanno mai raggiunto quel punto critico. In tutti i casi, la densità è misurata come il numero di grammi per cm cubo (og / cm³).

Densità di Mercurio:

Ad un pianeta terrestre, Mercurio è composto da metalli e materiale silicato. La densità media di Mercurio è la seconda più alta nel Sistema Solare, che è stimata essere di 5,427 g / cm3, solo leggermente inferiore alla densità della Terra di 5,515 g / cm3, tuttavia, se gli effetti della compressione gravitazionale – in cui gli effetti della gravità ridurre le dimensioni di un oggetto e aumentare la sua densità – quindi Mercurio è in realtà più denso della Terra, con una densità non compressa di 5,3 g / cm³ rispetto a 4,4 g / cm³ della Terra.

Queste stime possono anche essere utilizzato per dedurre i dettagli della sua struttura interna. Rispetto alla Terra, Mercurio è molto più piccolo, motivo per cui le sue regioni interne sono soggette a una minore compressione. Pertanto, si ritiene che la sua alta densità sia il risultato di un nucleo grande e ricco di ferro. Nel complesso, si ritiene che metalli come ferro e nichel costituiscano il 70% della massa del pianeta (più alta di qualsiasi altro pianeta), mentre le rocce silicate rappresentano solo il 30%.

Sono state suggerite diverse teorie, ma quella predominante afferma che Mercurio aveva una crosta di silicato più spessa allinizio della sua storia. Questa crosta è stata poi in gran parte spazzata via quando un grande pianeta planetario si è scontrato con il pianeta. Combinato con le sue dimensioni e massa, Mercurio ha una gravità superficiale di 3,7 m / s2, che è lequivalente di 0,38 della gravità terrestre (ovvero 1 g).

Densità di Venere:

Il secondo pianeta dal nostro Sole, nonché il secondo pianeta terrestre più vicino, Venere ha una densità media di 5,243 g / cm3. Di nuovo, questo è molto vicino alla densità della Terra. E mentre molto rimane sconosciuto sulla geologia e la sismologia di Venere, gli astronomi hanno unidea della composizione e della struttura di Venere sulla base di stime comparative delle sue dimensioni, massa e densità.

In breve, si ritiene che Venere Il trucco e la struttura interna sono molto simili a quelli della Terra, costituiti da un nucleo, un mantello e una crosta. Anche come la Terra, linterno dovrebbe essere composto da minerali ricchi di ferro, mentre i minerali di silicato costituiscono il mantello e la crosta. La dimensione leggermente più piccola di Venere significa anche che le pressioni sono inferiori del 24% nel suo profondo interno rispetto a quelle della Terra.

Poiché Venere e la Terra si sono raffreddate allincirca alla stessa velocità, si ritiene che il nucleo di Venere debba essere almeno parzialmente liquido. Tuttavia, la mancanza di una magnetosfera intorno a Venere ha portato gli scienziati a metterlo in dubbio, con alcuni che affermano che il nucleo deve avere una temperatura uniforme, mentre altri insistono che sia completamente raffreddato e solido. Alcuni sono arrivati al punto di suggerire che non abbia un nucleo.

Densità della Terra:

La Terra ha la più alta densità di qualsiasi pianeta nel Sistema Solare, a 5,514 g / cm3. Questo è considerato lo standard in base al quale vengono misurate le densità di altri pianeti. Inoltre, la combinazione di dimensioni, massa e densità della Terra si traduce anche in una gravità superficiale di 9,8 m / s². Questo è anche usato come standard (un g) quando si misura la gravità superficiale di altri pianeti.

Come gli altri pianeti terrestri, linterno della Terra è diviso in strati che si distinguono per la loro chimica o fisica (reologica ) proprietà. Questi strati sono costituiti da un nucleo composto da ferro e nichel, un mantello superiore e inferiore composto da materiali di silicato viscoso e una crosta composta da materiali di silicato solido.

Tuttavia, a differenza degli altri pianeti terrestri, la regione centrale della Terra è divisa in un nucleo interno solido e un nucleo esterno liquido. Il nucleo interno misura circa 1220 km ed è composto da ferro e nichel, mentre il nucleo esterno si estende oltre di esso per un raggio di circa 3.400 km. Il nucleo esterno ruota anche nella direzione opposta alla rotazione terrestre, che si ritiene sia la fonte della magnetosfera terrestre. Come tutti i pianeti, questa densità aumenta man mano che ci si avvicina al nucleo, raggiungendo una stima di 12.600-13.000 kg / m3 nel nucleo interno.

Densità di Marte:

Come un terrestre pianeta, Marte è anche diviso in strati differenziati in base alle loro proprietà chimiche e fisiche: un denso nucleo metallico, un mantello di silicato e una crosta. La densità complessiva del pianeta è inferiore a quella della Terra, stimata in 3,933 g / cm³, e questa densità aumenta man mano che ci si avvicina al nucleo. Come la Terra, ciò è dovuto al fatto che il nucleo è composto da ferro e nichel, mentre il mantello è costituito da materiali di silicato.

I modelli attuali del suo interno implicano una regione centrale di circa 1.794 ± 65 chilometri (1.115 ± 40 mi) di raggio, costituito principalmente da ferro e nichel con circa il 16-17% di zolfo. Rispetto alla crosta terrestre, che ha uno spessore medio di 40 km (25 mi), lo spessore medio della crosta di Marte è di circa 50 km (31 mi), con uno spessore massimo di 125 km (78 mi). Tra le sue dimensioni, massa e densità, Marte ha una gravità superficiale di circa 3,711 m / s², che equivale a 0,38 g.

Densità di Giove:

In quanto gigante gassoso (noto anche come composto principalmente da materia gassosa e liquida), Giove ha una densità media inferiore a qualsiasi pianeti terrestri. Tuttavia, con 1,326 g / cm3, è anche il secondo più denso dei giganti gassosi. Nonostante le loro incredibili dimensioni e massa, la densità inferiore è dovuta al fatto che sono in gran parte composti da gas nobili, che vengono mantenuti in stati che vanno dal gassoso al solido.

Inoltre, questa densità varia considerevolmente tra i suoi strati gassosi esterni e il suo nucleo, che si ritiene essere composto da roccia e circondato da uno strato di idrogeno metallico. Nello strato più esterno, costituito da idrogeno elementare ed elio, la densità dei materiali è inferiore a quella dellacqua – 0,0002 g / cm³ rispetto a 1 g / cm³ di acqua.

Al di sotto di questo, dove lidrogeno del pianeta è allo stato liquido, la densità sale a circa 0,5 g / cm³ e aumenta a 1 g / cm³ al confine con lo strato composto da idrogeno metallico. Lo strato metallico di idrogeno, nel frattempo, ha una densità stimata di 4 g / cm³, cioè circa la stessa di Marte. E nel nucleo, la cui composizione è ancora oggetto di speculazioni, la densità sale a 25 g / cm³.

Pensava che la sua densità media fosse inferiore a quella dei pianeti terrestri, le dimensioni complessive di Giove, la massa e la quantità di il materiale che racchiude nel telaio crea una potente gravità. Misurata dalla sua “superficie” (che in questo caso significa le sue nuvole), la gravità di Giove è più di due volte e mezzo quella della Terra – 24,79 m / s2, o 2,528 g.

Densità di Saturno:

Con 0,687 g / cm3, Saturno è il meno denso dei giganti gassosi. Infatti, la sua densità media è in realtà inferiore a quella dellacqua, il che significa che se fosse possibile collocare il pianeta in una vasca di acqua, galleggerebbe. Ma come con Giove e gli altri giganti, questa densità varia considerevolmente dallesterno della pianta (che è composto da idrogeno elementare ed elio) al suo nucleo (che si crede di nuovo essere roccioso e circondato da idrogeno).

A causa delle sue dimensioni maggiori ma della densità inferiore rispetto ai pianeti terrestri, la gravità superficiale di Saturno (di nuovo, misurata dalle sue nuvole) è solo leggermente superiore a quella della Terra: -10,44 m / s² o 1,065 g.

Densità di Urano:

Con una densità media di 1,27 g / cm3, Urano è il secondo meno denso dei giganti gassosi, dopo Saturno. La sua densità leggermente superiore è dovuta alla sua composizione, che consiste principalmente di vari ghiacci volatili – come acqua, ammoniaca e metano – oltre a gas come idrogeno ed elio. Per questo motivo, Urano (e Nettuno) vengono spesso definiti “giganti di ghiaccio” per differenziarli da Giove e Saturno.

Il modello standard della struttura di Urano è che consiste di tre strati. Come gli altri giganti, questo include un nucleo roccioso e uno strato esterno di idrogeno ed elio. Ma nel caso di Urano, questi strati sono collegati da un mantello ghiacciato al centro piuttosto che da uno costituito da idrogeno liquido. La presenza di metano nella sua atmosfera è anche ciò che conferisce a Urano la sua particolare tonalità.

Le dimensioni, la massa e la densità complessive di Urano significano anche che la sua gravità superficiale è inferiore a quella della Terra. Nel complesso, funziona a 8,69 m / s², che è equivalente a 0,886 g.

Densità di Nettuno:

La densità media di Nettuno è di 1,638 g / cm³, il che lo rende il più denso di tutti i giganti. Come Urano, è composto di alto er concentrazioni di volatili rispetto a Giove e Saturno. Inoltre, come Urano, il suo interno è differenziato tra un nucleo denso costituito da silicati e metalli, un mantello costituito da acqua, ammoniaca e ghiacci di metano e unatmosfera composta da idrogeno, elio e gas metano.

concentrazioni più elevate di metano nellatmosfera di Nettuno è il motivo per cui ha una tonalità più scura di Urano. E tra le sue dimensioni, massa e densità, Nettuno ha una gravità superficiale di 11,15 m / s2, che è lequivalente di 1,14 g.

Come puoi vedere, le densità dei pianeti solari variano ampiamente. Mentre quelli che sono più vicini al Sole sono terrestri e abbastanza densi, quelli che abitano il Sistema Solare esterno sono in gran parte gassosi e liquidi, e sono quindi in media meno densi.

Noi hanno scritto molti articoli interessanti sulla densità dei pianeti qui a Universe Today. Ecco la densità di Venere, la densità della Terra, la densità della Luna, la densità di Marte, la densità di Saturno, la densità di Urano e la densità di Nettuno.

Se stai cercando per ulteriori informazioni, controlla la pagina di esplorazione del Sistema Solare della NASA ed ecco un link al Simulatore del Sistema Solare della NASA.

Astronomy Cast ha episodi su tutti i pianeti, incluso lEpisodio 49: Mercurio,