Hvor tette er planetene?

De åtte planetene i solsystemet vårt varierer mye, ikke bare når det gjelder størrelse, men også når det gjelder masse og tetthet (dvs. dens masse per volumenhet). For eksempel er de 4 indre planetene – de som er nærmest solen – alle jordbaserte planeter, noe som betyr at de hovedsakelig består av silikatbergarter eller metaller og har en solid overflate. På disse planetene varierer tettheten jo lenger en våger seg fra overflaten mot kjernen, men ikke betydelig.

Derimot er de 4 ytre planetene betegnet som gasskjemper (og / eller iskjemper) som er sammensatt hovedsakelig av hydrogen, helium og vann som finnes i forskjellige fysiske tilstander. Selv om disse planetene har større størrelse og masse, er deres samlede tetthet mye lavere. I tillegg varierer densiteten betydelig mellom de ytre og indre lagene, alt fra en flytende tilstand til materialer som er så tette at de blir bunnsolide.

Tetthet spiller også en viktig rolle i å bestemme planetens overflatetyngd er iboende å forstå hvordan en planet dannet seg. Etter dannelsen av solen i sentrum av vårt solsystem, ble planetene dannet av en protoplanetær plate. Mens de jordiske planetene stammer fra støvkorn i det indre solsystemet, akkumulerte planeter i det ytre solsystemet nok materie til at deres tyngdekraft kan holde fast i tåken som er igjen av gassen.

Jo mer gass de holdt fast, jo større ble de. Og jo større de ble, jo mer materie ville de samle seg, til de hadde et slikt slips at de nådde et kritisk punkt. Mens gasskjempene til Jupiter og Saturn vokste eksponentielt, nådde isgigantene (Uranus og Neptun), med bare noen få jordmasser av nebuløs gass, aldri det kritiske punktet. I alle tilfeller måles tettheten som antall gram per kubikk cm (eller g / cm³).

Tetthet av kvikksølv:

Etter en jordplanet er kvikksølv sammensatt av metaller og silikatmateriale. Merkurets gjennomsnittlige tetthet er den nest høyeste i solsystemet, som anslås til å være 5,427 g / cm3 – bare litt mindre enn jordens tetthet på 5,515 g / cm3, men hvis effekten av gravitasjonskompresjon – der effekten av tyngdekraften redusere størrelsen på et objekt og øke dens tetthet – da er kvikksølv faktisk tettere enn jorden, med en ukomprimert tetthet på 5,3 g / cm³ sammenlignet med jordens 4,4 g / cm³.

Disse estimatene kan også være brukes til å utlede detaljer om sin indre struktur. Sammenlignet med jorden er kvikksølv mye mindre, og det er derfor de indre regionene er utsatt for mindre komprimeringsvei. Derfor antas dens høye tetthet å være resultatet av en stor og jernrik kjerne. Alt i alt antas at metaller som jern og nikkel utgjør 70% av planetens masse (høyere enn noen annen planet), mens silikatbergart bare utgjør 30%.

Flere teorier for dette har blitt antydet, men den dominerende hevder at Merkur hadde en tykkere silikatskorpe tidligere i sin historie. Denne skorpen ble i stor grad blåst av da en stor planetesimal kolliderte med planeten. Kombinert med sin størrelse og masse har kvikksølv en overflatevekt på 3,7 m / s2, som tilsvarer 0,38 av jordens tyngdekraft (aka 1 g).

Venus tetthet:

Den andre planeten fra solen vår, så vel som den nest nærmeste terrestriske planeten, Venus har en gjennomsnittlig tetthet på 5,243 g / cm3. Igjen er dette veldig nær jordens egen tetthet. Og mens mye fortsatt er ukjent om Venus geologi og seismologi, har astronomer en ide om Venus sammensetning og struktur basert på sammenlignende estimater av størrelse, masse og densitet.

Kort sagt antas det at Venus sminke og indre struktur er veldig lik jordens, bestående av en kjerne, en kappe og en skorpe. I likhet med jorden skal det indre være sammensatt av jernrike mineraler, mens silikatmineraler utgjør kappen og skorpen. Den litt mindre størrelsen på Venus betyr også at trykket er 24% lavere i sitt dype indre enn jordens.

Fordi Venus og Jorden har kjølet i omtrent samme hastighet, antas det at Venus kjerne må være i det minste delvis flytende. Mangelen på en magnetosfære rundt Venus har imidlertid ført forskere til å stille spørsmål ved dette, og noen hevder at kjernen må være jevn i temperatur, mens andre insisterer på at den er fullstendig avkjølt og solid. Noen har gått så langt som å antyde at det ikke har noen kjerne.

Jordens tetthet:

Jorden har den høyeste tettheten av enhver planet i solsystemet, med 5,514 g / cm3. Dette regnes som standarden som andre planetens tettheter måles etter. I tillegg resulterer kombinasjonen av jordens størrelse, masse og tetthet også i en overflatevekt på 9,8 m / s². Dette brukes også som en standard (en g) når man måler overflatetyngdekraften til andre planeter.

I likhet med de andre terrestriske planetene er jordens indre delt inn i lag som er preget av deres kjemiske eller fysiske (reologiske ) eiendommer. Disse lagene består av en kjerne sammensatt av jern og nikkel, en øvre og nedre kappe sammensatt av tyktflytende silikatmaterialer, og en skorpe sammensatt av faste silikatmaterialer.

I motsetning til de andre jordiske planetene er jordens kjerneområde imidlertid delt i en solid indre kjerne og en flytende ytre kjerne. Den indre kjernen måler anslagsvis 1220 km og består av jern og nikkel, mens den ytre kjernen strekker seg utover den til en radius på ca 3.400 km. Den ytre kjernen roterer også i motsatt retning av jordens rotasjon, som antas å være kilden til jordens magnetosfære. Som alle planetene øker denne tettheten jo nærmere kjernen kommer, og anslås til 12.600–13.000 kg / m3 i den indre kjernen.

Tetthet av Mars:

Som en jordbasert planet, er Mars også delt inn i lag som er differensiert basert på kjemiske og fysiske egenskaper – en tett metallkjerne, en silikatmantel og en skorpe. Planetens samlede tetthet er lavere enn jordens, estimert til 3,933 g / cm³, og denne tettheten øker jo nærmere kjernen kommer. I likhet med jorden skyldes dette at kjernen er sammensatt av jern og nikkel, mens kappen er laget av silikatmaterialer.

Nåværende modeller av det indre innebærer en kjerneområde rundt 1794 ± 65 kilometer (1115 ± 40 mi) i radius, bestående hovedsakelig av jern og nikkel med ca. 16–17% svovel. Sammenlignet med jordskorpen – som har en tykkelse på 40 km (25 mi) – er den gjennomsnittlige tykkelsen på Mars-skorpen omtrent 50 km (31 mi), med en maksimal tykkelse på 125 km (78 mi). Mellom størrelse, masse og tetthet har Mars en overflatevekt på omtrent 3,711 m / s² – som utgjør 0,38 g.

Tetthet av Jupiter:

Som en gassgigant (også kjent som i stor grad sammensatt av gassform og flytende materiale) har Jupiter en lavere gjennomsnittstetthet enn noen av de terrestriske planeter. Imidlertid, med 1,326 g / cm3, er det også den nest tetteste av gasskjempene. Til tross for sin utrolige størrelse og masse, skyldes den lavere tettheten at de i stor grad er sammensatt av edelgasser, som opprettholdes i tilstander som spenner fra gass til fast.

I tillegg varierer denne tettheten betydelig mellom de ytre gasslagene og kjernen, som antas å være være sammensatt av berg og omgitt av et lag av metallisk hydrogen. I det ytterste laget, som består av elementært hydrogen og helium, er tettheten til materialene mindre enn for vann – 0,0002 g / cm³ sammenlignet med 1 g / cm³ vann.

Under det, der planetens hydrogen er i flytende tilstand, stiger tettheten til omtrent 0,5 g / cm³ og øker til 1 g / cm³ ved grensen med laget sammensatt av metallisk hydrogen. Laget metallisk hydrogen har i mellomtiden en estimert tetthet på 4 g / cm³ – dvs. omtrent det samme som Mars. Og i kjernen, hvis sammensetning fremdeles er gjenstand for spekulasjoner, stiger tettheten til 25 g / cm³.

Trodde at dens gjennomsnittlige tetthet er lavere enn for de jordiske planetene, Jupiters totale størrelse, masse og mengde materiale den pakker inn i rammen gir kraftig tyngdekraft. Målt fra «overflaten» (som i dette tilfellet betyr skyetoppene), er Jupiters tyngdekraft over to og en hlaf ganger jordens – 24,79 m / s2, eller 2,528 g.

Saturnens tetthet:

Ved 0,687 g / cm3 er Saturn den minst tette av gasskjempene. Faktisk er dens gjennomsnittlige tetthet faktisk lavere enn for vann, noe som betyr at hvis det var mulig å plassere planeten i et kar av vann, ville det flyte. Men som med Jupiter og de andre gigantene, varierer denne tettheten betydelig fra anleggets ytre (som består av elementært hydrogen og helium) til kjernen (som igjen antas å være steinete, og omgitt av metallisk hydrogen).

På grunn av sin større størrelse, men lavere tetthet enn terrestriske planeter, er Saturns overflatetyngdekraft (igjen målt fra skyetoppene) bare litt høyere enn jordens -10,44 m / s² eller 1,065 g.

Uranus tetthet:

Med en gjennomsnittlig tetthet på 1,27 g / cm3, Uranus er den nest minst tette av gasskjempene, etter Saturn. Den litt høyere tettheten skyldes sammensetningen, som hovedsakelig består av forskjellige flyktige iser – som vann, ammoniakk og metan – i tillegg til gasser som hydrogen og helium. Av denne grunn blir Uranus (og Neptun) ofte referert til som «isgiganter» for å skille dem fra Jupiter og Saturn.

Standardmodellen for Uranus struktur er at den består av tre lag. Som det andre giganter, dette inkluderer en steinete kjerne og et ytre lag av hydrogen og helium. Men i Uranus tilfelle er disse lagene forbundet med en isete kappe i midten snarere enn en som består av flytende hydrogen. Tilstedeværelsen av metan i atmosfæren er også det som gir Uranus sin spesielle fargetone.

Uranus samlede størrelse, masse og tetthet betyr også at overflatenes tyngdekraft er mindre enn jordens. Alt i alt går det ut på 8,69 m / s², som tilsvarer 0,886 g.

Tetthet av Neptun:

Neptuns middeltetthet er 1.638 g / cm³, noe som gjør den til den tetteste av noen av gigantene. I likhet med Uranus er den sammensatt av høy er konsentrasjoner av flyktige stoffer i forhold til Jupiter og Saturn. I likhet med Uranus er dens indre skilt mellom en tett kjerne som består av silikater og metaller, en kappe som består av vann, ammoniakk og metanis, og en atmosfære som består av hydrogen, helium og metangass.

The høyere konsentrasjoner av metan i Neptuns atmosfære er grunnen til at den er mørkere i fargetone enn Uranus. Og mellom størrelse, masse og tetthet har Neptun en overflatevekt på 11,15 m / s2 – noe som tilsvarer 1,14 g.

Som du kan se, varierer tettheten til solplaneten mye. Mens de som er nærmere solen er jordbaserte og ganske tette, er de som bor i det ytre solsystemet i stor grad gassformige og flytende, og er derfor i gjennomsnitt mindre tette.

Vi har skrevet mange interessante artikler om tettheter av planeter her på Universe Today. Her er tettheten av Venus, tettheten av jorden, tettheten av månen, tettheten av Mars, tettheten av Saturn, tettheten av Uranus og tettheten av Neptun.

Hvis du leter for mer informasjon, sjekk ut NASAs solsystemutforskningsside, og her er en lenke til NASAs solsystemsimulator.

Astronomy Cast har episoder på alle planetene, inkludert Episode 49: Mercury,