Hoe dicht zijn de planeten?

De acht planeten van ons zonnestelsel variëren sterk, niet alleen in termen van grootte, maar ook in termen van massa en dichtheid (d.w.z. de massa per volume-eenheid). De 4 binnenplaneten – die het dichtst bij de zon staan – zijn bijvoorbeeld allemaal aardse planeten, wat betekent dat ze voornamelijk bestaan uit silicaatgesteenten of metalen en een stevig oppervlak hebben. Op deze planeten varieert de dichtheid naarmate men zich verder van het oppervlak naar de kern begeeft, maar niet aanzienlijk.

Daarentegen worden de 4 buitenplaneten aangeduid als gasreuzen (en / of ijsreuzen) die zijn samengesteld voornamelijk van waterstof, helium en water bestaande in verschillende fysische toestanden. Hoewel deze planeten groter in omvang en massa zijn, is hun totale dichtheid veel lager. Bovendien varieert hun dichtheid aanzienlijk tussen de buitenste en binnenste lagen, variërend van een vloeibare toestand tot materialen die zo dicht zijn dat ze rotsvast worden.

Dichtheid speelt ook een cruciale rol bij het bepalen van de zwaartekracht van een planeet en is intrinsiek om te begrijpen hoe een planeet is ontstaan. Na de vorming van de zon in het centrum van ons zonnestelsel, werden de planeten gevormd uit een protoplanetaire schijf. Terwijl de aardse planeten het resultaat waren van stofdeeltjes in het binnenste zonnestelsel, verzamelden planeten in het buitenste zonnestelsel voldoende materie om door hun zwaartekracht het overgebleven gas van de nevel vast te houden.

Hoe meer gas ze vasthielden, hoe groter ze werden. En hoe groter ze werden, hoe meer materie ze zouden verzamelen, tot zon band dat ze een kritiek punt bereikten. Terwijl de gasreuzen Jupiter en Saturnus exponentieel groeiden, bereikten de ijsreuzen (Uranus en Neptunus), met slechts een paar aardemassas nevelgas, dat kritieke punt nooit. In alle gevallen wordt de dichtheid gemeten als het aantal gram per kubieke cm (of g / cm³).

Dichtheid van Mercurius:

Bij een aardse planeet is Mercurius samengesteld uit metalen en silicaatmateriaal. De gemiddelde dichtheid van kwik is de op een na hoogste in het zonnestelsel, die wordt geschat op 5,427 g / cm3 – slechts iets minder dan de dichtheid van de aarde van 5,515 g / cm3. Als de effecten van gravitatiecompressie – waarin de effecten van zwaartekracht de grootte van een object verkleinen en de dichtheid ervan vergroten – dan is Mercurius in feite dichter dan de aarde, met een niet-gecomprimeerde dichtheid van 5,3 g / cm³ vergeleken met 4,4 g / cm³ van de aarde.

Deze schattingen kunnen ook gebruikt om details van zijn innerlijke structuur af te leiden. In vergelijking met de aarde is Mercurius veel kleiner, daarom zijn de binnenste regionen minder onderhevig aan compressie. Daarom wordt aangenomen dat de hoge dichtheid het resultaat is van een grote en ijzerrijke kern. Alles bij elkaar genomen wordt aangenomen dat metalen zoals ijzer en nikkel 70% van de massa van de planeet uitmaken (hoger dan welke andere planeet dan ook), terwijl silicaatgesteente slechts 30% uitmaakt.

Er zijn verschillende theorieën hiervoor gesuggereerd, maar de meest voorkomende beweert dat Mercurius eerder in zijn geschiedenis een dikkere silicaatkorst had. Deze korst werd toen grotendeels weggeblazen toen een groot planetesimaal in botsing kwam met de planeet. Gecombineerd met zijn grootte en massa heeft Mercurius een zwaartekracht van het oppervlak van 3,7 m / s2, wat overeenkomt met 0,38 van de zwaartekracht van de aarde (ook bekend als 1 g).

Dichtheid van Venus:

Venus, de tweede planeet vanaf onze zon, en de op een na dichtstbijzijnde aardse planeet, heeft een gemiddelde dichtheid van 5,243 g / cm3. Nogmaals, dit ligt heel dicht bij de eigen dichtheid van de aarde. En hoewel er nog veel onbekend is over de geologie en seismologie van Venus, hebben astronomen een idee van de samenstelling en structuur van Venus op basis van vergelijkende schattingen van de grootte, massa en dichtheid.

Kortom, men gelooft dat Venus make-up en interne structuur lijken erg op die van de aarde, bestaande uit een kern, een mantel en een korst. Evenals de aarde moet het interieur echter bestaan uit ijzerrijke mineralen, terwijl silicaatmineralen de mantel en korst vormen. De iets kleinere afmeting van Venus betekent ook dat de druk in het diepe binnenste 24% lager is dan die van de aarde.

Omdat Venus en de aarde ongeveer even snel afkoelen, wordt aangenomen dat de kern van Venus op zijn minst gedeeltelijk vloeibaar moet zijn. Het ontbreken van een magnetosfeer rond Venus heeft er echter toe geleid dat wetenschappers dit in twijfel trekken, waarbij sommigen beweren dat de kern een uniforme temperatuur moet hebben, terwijl anderen volhouden dat het volledig gekoeld en solide is. Sommigen zijn zelfs zo ver gegaan dat ze suggereren dat het geen kern heeft.

Dichtheid van de aarde:

De aarde heeft de hoogste dichtheid van alle planeten in het zonnestelsel, namelijk 5,514 g / cm3. Dit wordt beschouwd als de norm waarmee de dichtheden van andere planeet worden gemeten. Bovendien resulteert de combinatie van de grootte, massa en dichtheid van de aarde ook in een zwaartekracht van het oppervlak van 9,8 m / s². Dit wordt ook gebruikt als de standaard (één g) bij het meten van de zwaartekracht van andere planeten.

Net als de andere aardse planeten is het binnenste van de aarde verdeeld in lagen die zich onderscheiden door hun chemische of fysische (reologische ) eigendommen. Deze lagen bestaan uit een kern van ijzer en nikkel, een boven- en ondermantel van viskeuze silicaatmaterialen en een korst van vaste silicaatmaterialen.

In tegenstelling tot de andere aardse planeten is het kerngebied van de aarde echter verdeeld in een vaste binnenkern en een vloeibare buitenkern. De binnenste kern meet naar schatting 1220 km en is samengesteld uit ijzer en nikkel, terwijl de buitenste kern zich daarbuiten uitstrekt tot een straal van ongeveer 3400 km. De buitenste kern draait ook in de tegenovergestelde richting van de rotatie van de aarde, waarvan wordt aangenomen dat deze de bron is van de magnetosfeer van de aarde. Net als bij alle andere planeten neemt deze dichtheid toe naarmate men dichter bij de kern komt, en bereikt hij naar schatting 12.600–13.000 kg / m3 in de binnenste kern.

Dichtheid van Mars:

Als aards planeet, Mars is ook verdeeld in lagen die zijn gedifferentieerd op basis van hun chemische en fysische eigenschappen – een dichte metalen kern, een silicaatmantel en een korst. De totale dichtheid van de planeet is lager dan die van de aarde, geschat op 3,933 g / cm³, en deze dichtheid neemt toe naarmate men dichter bij de kern komt. Net als de aarde is dit te wijten aan het feit dat de kern is samengesteld uit ijzer en nikkel, terwijl de mantel bestaat uit silicaatmaterialen.

De huidige modellen van het interieur impliceren een kerngebied van ongeveer 1.794 ± 65 kilometer (1115 ± 40 mijl) in straal, voornamelijk bestaande uit ijzer en nikkel met ongeveer 16-17% zwavel. Vergeleken met de aardkorst – die gemiddeld 40 km (25 mijl) dik is – is de gemiddelde dikte van de Mars-korst ongeveer 50 km (31 mijl), met een maximale dikte van 125 km (78 mijl). Tussen zijn grootte, massa en dichtheid heeft Mars een zwaartekracht van ongeveer 3,711 m / s² – wat neerkomt op 0,38 g.

Dichtheid van Jupiter:

Als gasreus (oftewel grotendeels samengesteld uit gasvormige en vloeibare materie) heeft Jupiter een lagere gemiddelde dichtheid dan alle andere aardse planeten. Met 1.326 g / cm3 is het echter ook de op een na meest compacte van de gasreuzen. Ondanks hun ongelooflijke grootte en massa, is de lagere dichtheid te wijten aan het feit dat ze grotendeels zijn samengesteld uit edelgassen, die worden gehandhaafd in toestanden variërend van gasvormig tot vast.

Bovendien varieert deze dichtheid aanzienlijk tussen de buitenste gaslagen en de kern, waarvan wordt aangenomen dat bestaan uit gesteente en omgeven door een laag metallische waterstof. In de buitenste laag, die bestaat uit elementair waterstof en helium, is de dichtheid van de materialen kleiner dan die van water – 0,0002 g / cm³ vergeleken met 1 g / cm³ water.

Daaronder, waar de waterstof van de planeet vloeibaar is, stijgt de dichtheid tot ongeveer 0,5 g / cm³ en neemt toe tot 1 g / cm³ aan de grens met de laag bestaande uit metallisch waterstof. De laag metallisch waterstof heeft ondertussen een geschatte dichtheid van 4 g / cm³ – dat wil zeggen ongeveer hetzelfde als Mars. En in de kern, over wiens samenstelling nog steeds wordt gespeculeerd, loopt de dichtheid op tot 25 g / cm³.

Dacht dat de gemiddelde dichtheid lager is dan die van de aardse planeten, Jupiters totale grootte, massa en de hoeveelheid materiaal dat erin wordt verpakt, zorgt voor een krachtige zwaartekracht. Gemeten vanaf zijn “oppervlak” (wat in dit geval zijn wolkentoppen betekent), is de zwaartekracht van Jupiter meer dan twee en een hlaf maal die van de aarde – 24,79 m / s2, of 2,528 g.

Dichtheid van Saturnus:

Met 0,687 g / cm3 is Saturnus de minst compacte van de gasreuzen. In feite is de gemiddelde dichtheid lager dan die van water, wat betekent dat als het mogelijk zou zijn om de planeet in een kuip te plaatsen van water, zou het drijven. Maar net als bij Jupiter en de andere reuzen, varieert deze dichtheid aanzienlijk van de buitenkant van de plant (die is samengesteld uit elementair waterstof en helium) tot de kern (waarvan opnieuw wordt aangenomen dat deze rotsachtig is en wordt omgeven door metalen waterstof).

Vanwege zijn grotere afmeting maar lagere dichtheid dan terrestrische planeten, is de zwaartekracht van Saturnus (opnieuw gemeten vanaf de wolkentoppen) iets hoger dan die van de aarde -10,44 m / s² of 1,065 g.

Dichtheid van Uranus:

Met een gemiddelde dichtheid van 1,27 g / cm3, Uranus is na Saturnus de op een na minst compacte van de gasreuzen. De iets hogere dichtheid is te danken aan de samenstelling, die voornamelijk bestaat uit verschillende vluchtige soorten ijs – zoals water, ammoniak en methaan – naast gassen zoals waterstof en helium. Om deze reden worden Uranus (en Neptunus) vaak “ijsreuzen” genoemd om ze te onderscheiden van Jupiter en Saturnus.

Het standaardmodel van de structuur van Uranus is dat het uit drie lagen bestaat. Net als de andere reuzen, dit omvat een rotsachtige kern en een buitenlaag van waterstof en helium. Maar in het geval van Uranus zijn deze lagen verbonden door een ijzige mantel in het midden in plaats van een mantel die bestaat uit vloeibare waterstof. De aanwezigheid van methaan in de atmosfeer is ook wat Uranus zijn specifieke tint geeft.

De totale grootte, massa en dichtheid van Uranus betekenen ook dat de zwaartekracht aan het oppervlak minder is dan die van de aarde. Alles bij elkaar komt het neer op 8,69 m / s², wat gelijk is aan 0,886 g.

Dichtheid van Neptunus:

De gemiddelde dichtheid van Neptunus is 1,638 g / cm³, waardoor het de dichtste van alle reuzen is. Net als Uranus is het samengesteld van hoog er concentraties van vluchtige stoffen ten opzichte van Jupiter en Saturnus. Net als bij Uranus, wordt het interieur gedifferentieerd tussen een dichte kern bestaande uit silicaten en metalen, een mantel bestaande uit water, ammoniak en methaanijs, en een atmosfeer bestaande uit waterstof, helium en methaangas.

De hogere concentraties methaan in de atmosfeer van Neptunus is de reden waarom het donkerder van kleur is dan Uranus. En tussen zijn grootte, massa en dichtheid heeft Neptunus een oppervlaktezwaartekracht van 11,15 m / s2 – wat het equivalent is van 1,14 g.

Zoals je kunt zien, varieert de dichtheid van de zonneplaneten sterk. Terwijl degenen die dichter bij de zon staan aards en vrij dicht zijn, zijn degenen die het buitenste zonnestelsel bewonen grotendeels gasvormig en vloeibaar, en daarom gemiddeld minder dicht.

We hebben veel interessante artikelen geschreven over de dichtheid van planeten hier bij Universe Today. Hier is de dichtheid van Venus, de dichtheid van de aarde, de dichtheid van de maan, de dichtheid van Mars, de dichtheid van Saturnus, de dichtheid van Uranus en de dichtheid van Neptunus.

Als je kijkt Ga voor meer informatie naar NASAs verkenningspagina van het zonnestelsel, en hier is een link naar NASAs zonnestelselsimulator.

Astronomy Cast heeft afleveringen op alle planeten, waaronder aflevering 49: Mercury,