Quão densos são os planetas?

Os oito planetas do nosso Sistema Solar variam amplamente, não apenas em termos de tamanho, mas também em termos de massa e densidade (ou seja, sua massa por unidade de volume). Por exemplo, os 4 planetas internos – aqueles que estão mais próximos do Sol – são todos planetas terrestres, o que significa que são compostos principalmente de rochas de silicato ou metais e têm uma superfície sólida. Nestes planetas, a densidade varia quanto mais nos aventuramos da superfície em direção ao núcleo, mas não consideravelmente.

Em contraste, os 4 planetas externos são designados como gigantes gasosos (e / ou gigantes de gelo) que são compostos principalmente de hidrogênio, hélio e água existentes em vários estados físicos. Embora esses planetas sejam maiores em tamanho e massa, sua densidade geral é muito menor. Além disso, sua densidade varia consideravelmente entre as camadas externa e interna, variando de um estado líquido a materiais tão densos que se tornam sólidos como uma rocha.

A densidade também desempenha um papel vital na determinação da gravidade da superfície de um planeta e é intrínseco para entender como um planeta se formou. Após a formação do Sol no centro de nosso Sistema Solar, os planetas foram formados a partir de um disco protoplanetário. Enquanto os planetas terrestres resultaram de grãos de poeira no Sistema Solar interno, os planetas no Sistema Solar externo agregaram matéria suficiente para sua gravidade segurar o gás residual da nebulosa.

Quanto mais gás eles seguravam, maiores se tornavam. E quanto maiores se tornavam, mais matéria se acumulavam, até tal laço que chegavam a um ponto crítico. Enquanto os gigantes gasosos de Júpiter e Saturno cresceram exponencialmente, os gigantes de gelo (Urano e Netuno), com apenas algumas massas terrestres de gás nebular, nunca alcançaram esse ponto crítico. Em todos os casos, a densidade é medida como o número de gramas por cm cúbico (ou g / cm³).

Densidade de Mercúrio:

Ad um planeta terrestre, Mercúrio é composto de metais e material de silicato. A densidade média de Mercúrio é a segunda maior do Sistema Solar, que é estimada em 5,427 g / cm3 – apenas um pouco menos que a densidade da Terra de 5,515 g / cm3. No entanto, se os efeitos da compressão gravitacional – em que os efeitos da gravidade reduzir o tamanho de um objeto e aumentar sua densidade – então Mercúrio é de fato mais denso que a Terra, com uma densidade não compactada de 5,3 g / cm³ em comparação com 4,4 g / cm³ da Terra.

Essas estimativas também podem ser usado para inferir detalhes de sua estrutura interna. Comparado com a Terra, Mercúrio é muito menor, razão pela qual suas regiões internas estão sujeitas a menos compressão. Portanto, acredita-se que sua alta densidade seja o resultado de um núcleo grande e rico em ferro. Ao todo, acredita-se que metais como ferro e níquel representem 70% da massa do planeta (mais do que qualquer outro planeta), enquanto a rocha de silicato responde por apenas 30%.

Várias teorias para isso foram sugeridas, mas a predominante afirma que Mercúrio tinha uma crosta de silicato mais espessa no início de sua história. Esta crosta foi então amplamente destruída quando um grande planetesimal colidiu com o planeta. Combinado com seu tamanho e massa, Mercúrio tem uma gravidade superficial de 3,7 m / s2, que é o equivalente a 0,38 da gravidade da Terra (também conhecida como 1 g).

Densidade de Vênus:

O segundo planeta do nosso Sol, bem como o segundo planeta terrestre mais próximo, Vênus tem uma densidade média de 5,243 g / cm3. Novamente, isso está muito próximo da densidade da própria Terra. E embora muito permaneça desconhecido sobre a geologia e sismologia de Vênus, os astrônomos têm uma ideia da composição e estrutura de Vênus com base em estimativas comparativas de seu tamanho, massa e densidade.

Em suma, acredita-se que Vênus A composição e a estrutura interna são muito semelhantes às da Terra, consistindo em um núcleo, um manto e uma crosta. Também como a Terra, o interior deve ser composto de minerais ricos em ferro, enquanto os minerais silicatados constituem o manto e a crosta. O tamanho ligeiramente menor de Vênus também significa que as pressões são 24% mais baixas em seu interior profundo do que as da Terra.

Como Vênus e a Terra têm esfriado na mesma taxa, acredita-se que o núcleo de Vênus deve ser pelo menos parcialmente líquido. No entanto, a falta de uma magnetosfera ao redor de Vênus levou os cientistas a questionar isso, com alguns alegando que o núcleo deve ter uma temperatura uniforme, enquanto outros insistem que está totalmente resfriado e sólido. Alguns chegaram ao ponto de sugerir que não tem núcleo.

Densidade da Terra:

A Terra tem a maior densidade de todos os planetas do Sistema Solar, com 5,514 g / cm3. Este é considerado o padrão pelo qual as densidades de outros planetas são medidas. Além disso, a combinação do tamanho, massa e densidade da Terra também resulta em uma gravidade superficial de 9,8 m / s². Também é usado como padrão (um g) ao medir a gravidade da superfície de outros planetas.

Como os outros planetas terrestres, o interior da Terra é dividido em camadas que se distinguem por sua natureza química ou física (reológica ) propriedades. Essas camadas consistem em um núcleo composto de ferro e níquel, um manto superior e inferior composto de materiais de silicato viscosos e uma crosta composta de materiais de silicato sólidos.

No entanto, ao contrário de outros planetas terrestres, a região central da Terra é dividida em um núcleo interno sólido e um núcleo externo líquido. O núcleo interno mede cerca de 1220 km e é composto de ferro e níquel, enquanto o núcleo externo se estende além dele por um raio de cerca de 3.400 km. O núcleo externo também gira na direção oposta da rotação da Terra, que se acredita ser a fonte da magnetosfera da Terra. Como em todos os planetas, esta densidade aumenta quanto mais perto se chega do núcleo, atingindo uma estimativa de 12.600–13.000 kg / m3 no núcleo interno.

Densidade de Marte:

Como um terrestre planeta, Marte também é dividido em camadas que são diferenciadas com base em suas propriedades químicas e físicas – um núcleo metálico denso, um manto de silicato e uma crosta. A densidade geral do planeta é menor do que a da Terra, estimada em 3,933 g / cm³, e essa densidade aumenta quanto mais perto se chega do núcleo. Como a Terra, isso se deve ao fato de que o núcleo é composto de ferro e níquel, enquanto o manto é constituído de materiais silicatados.

Os modelos atuais de seu interior implicam em uma região central de cerca de 1.794 ± 65 quilômetros (1.115 ± 40 mi) de raio, consistindo principalmente de ferro e níquel com cerca de 16–17% de enxofre. Em comparação com a crosta terrestre – que tem em média 40 km (25 mi) de espessura – a espessura média da crosta de Marte é de cerca de 50 km (31 mi), com espessura máxima de 125 km (78 mi). Entre seu tamanho, massa e densidade, Marte tem uma gravidade superficial de cerca de 3,711 m / s² – que corresponde a 0,38 g.

Densidade de Júpiter:

Como um gigante gasoso (também conhecido como composto em grande parte por matéria gasosa e líquida) Júpiter tem uma densidade média mais baixa do que qualquer um dos Planetas terrestres. No entanto, com 1,326 g / cm3, é também o segundo mais denso dos gigantes gasosos. Apesar de seu incrível tamanho e massa, a densidade mais baixa se deve ao fato de serem amplamente compostos de gases nobres, que são mantidos em estados que variam de gasoso a sólido.

Além disso, essa densidade varia consideravelmente entre suas camadas gasosas externas e seu núcleo, que se acredita ser composta por rocha e envolvida por uma camada de hidrogênio metálico. Na camada mais externa, que são formadas por hidrogênio elementar e hélio, a densidade dos materiais é menor que a da água – 0,0002 g / cm³ em comparação com 1 g / cm³ de água.

Abaixo disso, onde o hidrogênio do planeta está no estado líquido, a densidade sobe para cerca de 0,5 g / cm³ e aumenta para 1 g / cm³ na fronteira com a camada composta de hidrogênio metálico. A camada de hidrogênio metálico, por sua vez, tem densidade estimada em 4 g / cm³ – ou seja, a mesma de Marte. E no núcleo, cuja composição ainda é objeto de especulação, a densidade sobe para 25 g / cm³.

Embora sua densidade média seja menor do que a dos planetas terrestres, o tamanho total de Júpiter, a massa e a quantidade de o material que embala em sua estrutura proporciona uma poderosa gravidade. Medido de sua “superfície” (que neste caso significa seu topo de nuvem), a gravidade de Júpiter é mais de dois e um hlaf vezes a da Terra – 24,79 m / s2, ou 2,528 g.

Densidade de Saturno:

Com 0,687 g / cm3, Saturno é o menos denso dos gigantes gasosos. Na verdade, sua densidade média é menor do que a da água, o que significa que se fosse possível colocar o planeta em uma banheira de água, ele flutuaria. Mas, como acontece com Júpiter e os outros gigantes, essa densidade varia consideravelmente do exterior da planta (que é composto de hidrogênio elementar e hélio) até seu núcleo (que novamente se acredita ser rochoso e cercado por metais hidrogênio).

Devido ao seu tamanho maior, mas menor densidade do que os planetas terrestres, a gravidade da superfície de Saturno (novamente, medida a partir de suas nuvens) ligeiramente mais alta do que a da Terra -10,44 m / s² ou 1,065 g.

Densidade de Urano:

Com uma densidade média de 1,27 g / cm3, Urano é o segundo menos denso dos gigantes gasosos, depois de Saturno. Sua densidade um pouco maior se deve à sua composição, que consiste principalmente em vários gelos voláteis – como água, amônia e metano – além de gases como hidrogênio e hélio. Por esta razão, Urano (e Netuno) são frequentemente referidos como “gigantes de gelo” para diferenciá-los de Júpiter e Saturno.

O modelo padrão da estrutura de Urano é que consiste em três camadas. Como a outra gigantes, isso inclui um núcleo rochoso e uma camada externa de hidrogênio e hélio. Mas, no caso de Urano, essas camadas são conectadas por um manto de gelo no meio, em vez de um composto de hidrogênio líquido. A presença de metano em sua atmosfera é também o que dá a Urano seu matiz particular.

O tamanho, massa e densidade gerais de Urano também significam que sua gravidade superficial é menor que a da Terra. Ao todo, chega a 8,69 m / s², que é equivalente a 0,886 g.

Densidade de Netuno:

A densidade média de Netuno é 1,638 g / cm³, tornando-o o mais denso de todos os gigantes. Como Urano, é composto de alto mais concentrações de voláteis em relação a Júpiter e Saturno. Também como Urano, seu interior é diferenciado entre um núcleo denso consistindo de silicatos e metais, um manto consistindo de água, amônia e gelo de metano, e uma atmosfera consistindo de hidrogênio, hélio e gás metano.

O maiores concentrações de metano na atmosfera de Netuno é o motivo de sua tonalidade ser mais escura do que Urano. E entre seu tamanho, massa e densidade, Netuno tem uma gravidade superficial de 11,15 m / s2 – que é o equivalente a 1,14 g.

Como você pode ver, as densidades dos planetas solares variam muito. Enquanto aqueles que estão mais próximos do Sol são terrestres e bastante densos, aqueles que habitam o Sistema Solar exterior são amplamente gasosos e líquidos e, portanto, são menos densos em média.

Nós escreveu muitos artigos interessantes sobre as densidades dos planetas aqui no Universo Hoje. Aqui está a Densidade de Vênus, a Densidade da Terra, a Densidade da Lua, a Densidade de Marte, a Densidade de Saturno, a Densidade de Urano e a Densidade de Netuno.

Se você está olhando para obter mais informações, verifique a página de exploração do Sistema Solar da NASA e aqui está um link para o Simulador do Sistema Solar da NASA.

O elenco de astronomia tem episódios em todos os planetas, incluindo Episódio 49: Mercúrio,