Cât de dense sunt planetele?

Cele opt planete ale sistemului nostru solar variază foarte mult, nu numai în ceea ce privește dimensiunea, ci și în ceea ce privește masa și densitatea (adică masa sa pe unitate de volum). De exemplu, cele 4 planete interioare – cele mai apropiate de Soare – sunt toate planete terestre, adică sunt compuse în principal din roci sau metale silicatate și au o suprafață solidă. Pe aceste planete, densitatea variază cu cât se aventurează mai mult de la suprafață spre miez, dar nu considerabil.

Prin contrast, cele 4 planete exterioare sunt desemnate ca giganți de gaz (și / sau giganți de gheață) care sunt compuși în principal din hidrogen, heliu și apă existente în diferite stări fizice. În timp ce aceste planete sunt mai mari ca mărime și masă, densitatea lor generală este mult mai mică. În plus, densitatea acestora variază considerabil între straturile exterioare și interioare, variind de la o stare lichidă la materiale atât de dense încât devin solide ca roca.

Densitatea joacă, de asemenea, un rol vital în determinarea gravitației suprafeței unei planete și este intrinsec în înțelegerea modului în care s-a format o planetă. După formarea Soarelui în centrul sistemului nostru solar, planetele s-au format dintr-un disc protoplanetar. În timp ce planetele terestre au rezultat din boabele de praf din sistemul solar interior, planetele din sistemul solar exterior au acumulat suficientă materie pentru ca gravitația lor să se țină de gazul rămas al nebuloasei.

Cu cât au ținut mai mult gaz, cu atât au devenit mai mari. Și cu cât erau mai mari, cu atât aveau să acumuleze mai multă materie, până la o astfel de legătură încât să ajungă la un punct critic. În timp ce giganții gazoși din Jupiter și Saturn au crescut exponențial, giganții de gheață (Uranus și Neptun), cu doar câteva mase de gaz nebular de pe Pământ, nu au atins niciodată acel punct critic. În toate cazurile, densitatea se măsoară ca număr de grame pe cm cub (sau g / cm³).

Densitatea Mercurului:

Într-o planetă terestră, Mercurul este compus din metale și material silicat. Densitatea medie a lui Mercur este a doua cea mai mare din Sistemul Solar, care este estimată la 5,427 g / cm3 – doar puțin mai mică decât densitatea Pământului de 5,515 g / cm3. Cu toate acestea, dacă efectele comprimării gravitaționale – în care efectele gravitației reduce dimensiunea unui obiect și mărește densitatea acestuia – atunci Mercurul este de fapt mai dens decât Pământul, cu o densitate necomprimată de 5,3 g / cm³ față de 4,4 g / cm³ a Pământului.

Aceste estimări pot fi, de asemenea, folosit pentru a deduce detalii despre structura sa interioară. În comparație cu Pământul, Mercurul este mult mai mic, motiv pentru care regiunile interioare sunt mai puțin supuse comprimării. Prin urmare, densitatea sa ridicată este considerată a fi rezultatul unui miez mare și bogat în fier. În concluzie, se crede că metalele precum fierul și nichelul reprezintă 70% din masa planetei (mai mare decât orice altă planetă), în timp ce roca silicată reprezintă doar 30%.

Au fost sugerate mai multe teorii, dar cea predominantă susține că Mercur a avut o crustă de silicat mai groasă mai devreme în istoria sa. Această crustă a fost apoi în mare parte suflată atunci când un planetesimal mare s-a ciocnit cu planeta. Combinat cu dimensiunea și masa sa, Mercur are o greutate de suprafață de 3,7 m / s2, care este echivalentul a 0,38 din greutatea Pământului (aka 1 g).

Densitatea lui Venus:

A doua planetă de la Soarele nostru, precum și a doua cea mai apropiată planetă terestră, Venus are o densitate medie de 5,243 g / cm3. Din nou, acest lucru este foarte apropiat de densitatea Pământului. Și, deși rămân multe necunoscute despre geologia și seismologia lui Venus, astronomii au o idee despre compoziția și structura lui Venus pe baza estimărilor comparative ale dimensiunii, masei și densității sale.

Pe scurt, se crede că Venus „machiajul și structura internă sunt foarte asemănătoare cu cele ale Pământului, constând dintr-un miez, o manta și o crustă. La fel ca și Pământul, interiorul este totuși compus din minerale bogate în fier, în timp ce mineralele silicatice alcătuiesc mantaua și crusta. Dimensiunea ușor mai mică a lui Venus înseamnă, de asemenea, că presiunile sunt cu 24% mai mici în interiorul său profund decât cele ale Pământului.

Deoarece Venus și Pământul s-au răcit cam la aceeași rată, se crede că nucleul lui Venus trebuie să fie cel puțin parțial lichid. Cu toate acestea, lipsa unei magnetosfere în jurul lui Venus i-a determinat pe oamenii de știință să pună la îndoială acest lucru, unii susținând că miezul trebuie să fie uniform ca temperatură, în timp ce alții insistă că este complet răcit și solid. Unii au mers atât de departe încât să sugereze că nu are nucleu.

Densitatea Pământului:

Pământul are cea mai mare densitate a oricărei planete din Sistemul Solar, la 5,514 g / cm3. Acesta este considerat standardul prin care sunt măsurate densitățile altei planete. În plus, combinația dintre dimensiunea, masa și densitatea Pământului are ca rezultat și o greutate a suprafeței de 9,8 m / s². Acesta este, de asemenea, utilizat ca standard (un g) atunci când se măsoară gravitația de suprafață a altor planete.

La fel ca celelalte planete terestre, interiorul Pământului este împărțit în straturi care se disting prin chimice sau fizice (reologice). ) proprietăți. Aceste straturi constau dintr-un miez compus din fier și nichel, o manta superioară și inferioară compusă din materiale silicatate vâscoase și o crustă compusă din materiale silicatice solide.

Cu toate acestea, spre deosebire de celelalte planete terestre, regiunea nucleului Pământului este împărțită într-un nucleu solid solid și un nucleu exterior lichid. Miezul interior măsoară aproximativ 1220 km și este compus din fier și nichel, în timp ce miezul exterior se extinde dincolo de acesta pe o rază de aproximativ 3.400 km. Nucleul exterior se rotește și în direcția opusă rotației Pământului, despre care se crede că este sursa magnetosferei Pământului. La fel ca toate planetele, această densitate crește cu cât se apropie cel mai mult de miez, ajungând la aproximativ 12.600-13.000 kg / m3 în miezul interior.

Densitatea lui Marte:

Ca terestră planeta, Marte este, de asemenea, împărțit în straturi care se diferențiază în funcție de proprietățile lor chimice și fizice – un miez metalic dens, o manta de silicat și o crustă. Densitatea totală a planetei este mai mică decât cea a Pământului, estimată la 3,933 g / cm³, iar această densitate crește cu cât se apropie cel mai mult de miez. La fel ca Pământul, acest lucru se datorează faptului că miezul este compus din fier și nichel, în timp ce mantaua este formată din materiale silicatice.

Modelele actuale ale interiorului său implică o regiune a miezului de aproximativ 1.794. Raza de ± 65 kilometri (1.115 ± 40 mi), constând în principal din fier și nichel cu aproximativ 16-17% sulf. Comparativ cu scoarța Pământului – care are o grosime medie de 40 km (25 mi) – grosimea medie a scoarței lui Marte este de aproximativ 50 km (31 mi), cu o grosime maximă de 125 km (78 mi). Între dimensiunea, masa și densitatea sa, Marte are o greutate de suprafață de aproximativ 3,711 m / s² – care ajunge la 0,38 g.

Densitatea lui Jupiter:

Ca gigant gazos (alias. compus în mare parte din materie gazoasă și lichidă) Jupiter are o densitate medie mai mică decât oricare dintre planetele terestre. Cu toate acestea, la 1,326 g / cm3, este și al doilea cel mai dens dintre giganții gazoși. În ciuda mărimii și masei lor incredibile, densitatea mai mică se datorează faptului că acestea sunt compuse în mare parte din gaze nobile, care sunt menținute în stări variind de la gazos la solid.

În plus, această densitate variază considerabil între straturile sale gazoase exterioare și nucleul său, despre care se crede că să fie compus din rocă și înconjurat de un strat de hidrogen metalic. În stratul exterior, care este alcătuit din hidrogen elementar și heliu, densitatea materialelor este mai mică decât cea a apei – 0,0002 g / cm³ comparativ cu 1 g / cm³ de apă.

Sub aceasta, unde hidrogenul planetei se află în stare lichidă, densitatea crește la aproximativ 0,5 g / cm³ și crește la 1 g / cm³ la limita cu stratul compus din hidrogen metalic. Între timp, stratul de hidrogen metalic are o densitate estimată de 4 g / cm³ – adică cam la fel ca Marte. Și în miez, a cărui compoziție face obiectul speculațiilor, densitatea crește la 25 g / cm³.

Am crezut că densitatea sa medie este mai mică decât cea a planetelor terestre, dimensiunea generală, masa și cantitatea de Jupiter materialul pe care îl ambalează în cadru creează o gravitație puternică. Măsurată de la „suprafața” sa (care în acest caz înseamnă vârfurile sale de nor), gravitația lui Jupiter este de peste două și un hlaf de ori mai mare decât Pământul – 24,79 m / s2, sau 2,528 g.

Densitatea lui Saturn:

La 0.687 g / cm3, Saturn este cel mai puțin dens dintre giganții gazoși. De fapt, densitatea medie este de fapt mai mică decât cea a apei, ceea ce înseamnă că, dacă ar fi posibil să așezi planeta într-o cadă Dar, la fel ca în cazul lui Jupiter și altor uriași, această densitate variază considerabil de la exteriorul plantei (care este compus din hidrogen elementar și heliu) până la miezul său (care se crede din nou că este stâncos și înconjurat de hidrogen).

Datorită dimensiunii sale mai mari, dar densității mai mici decât planetele terestre, gravitația de suprafață a lui Saturn (din nou, măsurată de pe vârful norilor) este doar ușor mai mare decât cea a -10,44 m / s² a Pământului sau 1,065 g.

Densitatea lui Uranus:

Cu o densitate medie de 1,27 g / cm3, Uranus este al doilea cel mai puțin dens dintre giganții gazoși, după Saturn. Densitatea sa ușor mai mare se datorează compoziției sale, care constă în principal din diferite înghețuri volatile – cum ar fi apa, amoniacul și metanul – în plus față de gaze precum hidrogenul și heliul. Din acest motiv, Uranus (și Neptun) sunt adesea denumiți „giganți de gheață” pentru a-i diferenția de Jupiter și Saturn.

Modelul standard al structurii lui Uranus este că este format din trei straturi. giganți, aceasta include un miez stâncos și un strat exterior de hidrogen și heliu. Dar în cazul lui Uranus, aceste straturi sunt conectate printr-o manta înghețată în mijloc, mai degrabă decât una formată din hidrogen lichid. Prezența metanului în atmosfera sa este De asemenea, ceea ce conferă nuanței sale deosebite lui Uranus.

Mărimea, masa și densitatea totală a lui Uranus înseamnă, de asemenea, că gravitația sa de suprafață este mai mică decât cea a Pământului. În general, funcționează la 8,69 m / s² care este echivalent cu 0,886 g.

Densitatea Neptunului:

Densitatea medie a Neptunului este de 1,638 g / cm³, ceea ce îl face cel mai dens dintre oricare dintre giganți. La fel ca Uranus, este compus de mare concentrațiile de substanțe volatile raportate la Jupiter și Saturn. La fel ca Uranus, interiorul său este diferențiat între un miez dens format din silicați și metale, o manta formată din apă, amoniac și gheață de metan și o atmosferă constând din hidrogen, heliu și gaz metan.

concentrații mai mari de metan în atmosfera lui Neptun este motivul pentru care este mai întunecat în nuanță decât Uranus. Și între dimensiunea, masa și densitatea sa, Neptun are o greutate de suprafață de 11,15 m / s2 – care este echivalentul a 1,14 g.

După cum puteți vedea, densitățile planetelor solare variază foarte mult. În timp ce cele care sunt mai aproape de Soare sunt terestre și destul de dense, cele care locuiesc în sistemul solar exterior sunt în mare parte gazoase și lichide și, prin urmare, sunt mai puțin dense în medie.

Am scris multe articole interesante despre densitatea planetelor aici la Universul de azi. Iată Densitatea lui Venus, Densitatea Pământului, Densitatea Lunii, Densitatea lui Marte, Densitatea lui Saturn, Densitatea lui Uranus și Densitatea lui Neptun.

Dacă căutați pentru mai multe informații, consultați pagina de explorare a sistemului solar al NASA și iată un link către simulatorul sistemului solar al NASA.

Astronomy Cast are episoade pe toate planetele, inclusiv Episodul 49: Mercur,