Hur täta är planeterna?

De åtta planeterna i vårt solsystem varierar mycket, inte bara när det gäller storlek utan också när det gäller massa och densitet (dvs. dess massa per volymenhet). Till exempel är de fyra inre planeterna – de som ligger närmast solen – alla markbundna planeter, vilket innebär att de huvudsakligen består av silikatstenar eller metaller och har en fast yta. På dessa planeter varierar densiteten ju längre man vågar sig från ytan mot kärnan, men inte avsevärt.

Däremot betecknas de fyra yttre planeterna som gasjättar (och / eller isjättar) som är sammansatta främst av väte, helium och vatten som finns i olika fysiska tillstånd. Medan dessa planeter har större storlek och massa, är deras totala densitet mycket lägre. Dessutom varierar deras densitet avsevärt mellan de yttre och inre skikten, allt från flytande tillstånd till material så täta att de blir solida.

Densitet spelar också en viktig roll för att bestämma planetens ytvikt och är inneboende för att förstå hur en planet bildades. Efter bildandet av solen i mitten av vårt solsystem bildades planeterna från en protoplanetär skiva. Medan de markbundna planeterna härrör från dammkorn i det inre solsystemet, samlade planeterna i det yttre solsystemet tillräckligt med materia för att de skulle kunna hålla fast i nebulosens kvarvarande gas.

Ju mer gas de höll på, desto större blev de. Och ju större de blev, desto mer materia skulle de ackumulera, tills en sådan slips att de nådde en kritisk punkt. Medan gasjättarna i Jupiter och Saturnus växte exponentiellt, nådde isjättarna (Uranus och Neptunus), med bara några få jordmassor av nebulös gas, aldrig den kritiska punkten. I alla fall mäts densiteten som antalet gram per kubik cm (eller g / cm³).

Kvicksilvers densitet:

Efter en markplanet är kvicksilver sammansatt av metaller och silikatmaterial. Kvicksilvers genomsnittliga densitet är den näst högsta i solsystemet, som uppskattas vara 5,427 g / cm3 – bara något mindre än jordens densitet på 5,515 g / cm3. Men om effekterna av gravitationskompression – där effekterna av tyngdkraften minska storleken på ett objekt och öka dess densitet – då är kvicksilver i själva verket tätare än jorden, med en okomprimerad densitet på 5,3 g / cm³ jämfört med jordens 4,4 g / cm³.

Dessa uppskattningar kan också används för att härleda detaljer om dess inre struktur. Jämfört med jorden är kvicksilver mycket mindre, varför de inre regionerna utsätts för mindre kompression. Därför antas dess höga densitet vara resultatet av en stor och järnrik kärna. Sammantaget antas metaller som järn och nickel utgöra 70% av planetens massa (högre än någon annan planet), medan silikatsten bara står för 30%.

Flera teorier för detta har föreslagits, men den dominerande påstår att Merkurius hade en tjockare silikatskorpa tidigare i sin historia. Denna skorpa sprängdes sedan till stor del när en stor planetesimal kolliderade med planeten. I kombination med sin storlek och massa har kvicksilver en ytvikt på 3,7 m / s2, vilket motsvarar 0,38 av jordens tyngdkraft (aka 1 g).

Venusdensitet:

Den andra planeten från vår sol, liksom den näst närmaste markplaneten, Venus har en genomsnittlig densitet på 5,243 g / cm3. Återigen är detta mycket nära jordens egen densitet. Och även om mycket fortfarande är okänt om Venus geologi och seismologi, har astronomer en uppfattning om Venus sammansättning och struktur baserat på jämförande uppskattningar av dess storlek, massa och densitet.

Kort sagt, det antas att Venus smink och inre struktur liknar mycket jordens, bestående av en kärna, en mantel och en skorpa. Liksom jorden, är det inre dock att bestå av järnrika mineraler, medan silikatmineraler utgör manteln och skorpan. Den lite mindre storleken på Venus betyder också att trycket är 24% lägre i dess djupa inre än jordens.

Eftersom Venus och jorden har svalnat i ungefär samma hastighet, antas det att Venus kärna måste vara åtminstone delvis flytande. Bristen på en magnetosfär runt Venus har dock fått forskare att ifrågasätta detta, och vissa hävdar att kärnan måste vara enhetlig i temperatur, medan andra insisterar på att den är helt kyld och fast. Vissa har gått så långt som att föreslå att det inte har någon kärna.

Jordens densitet:

Jorden har den högsta densiteten av någon planet i solsystemet, med 5,514 g / cm3. Detta anses vara den standard med vilken andra planetens densiteter mäts. Dessutom resulterar kombinationen av jordens storlek, massa och densitet i en ytvikt på 9,8 m / s². Detta används också som en standard (en g) vid mätning av ytplanet för andra planeter.

Liksom de andra markplaneterna är jordens inre uppdelad i lager som kännetecknas av deras kemiska eller fysiska (reologiska ) egenskaper. Dessa lager består av en kärna som består av järn och nickel, en övre och nedre mantel bestående av viskösa silikatmaterial och en skorpa som består av fasta silikatmaterial.

Men till skillnad från de andra markbundna planeterna är jordens kärnregion uppdelad i en fast inre kärna och en flytande yttre kärna. Den inre kärnan mäter uppskattningsvis 1220 km och består av järn och nickel, medan den yttre kärnan sträcker sig bortom den till en radie av cirka 3400 km. Den yttre kärnan roterar också i motsatt riktning till jordens rotation, vilket antas vara källan till jordens magnetosfär. Liksom alla planetar ökar denna densitet ju närmare kärnan når och uppskattas till 12 600–13 000 kg / m3 i den inre kärnan.

Mars densitet:

Som markbunden planet är Mars också uppdelat i lager som är differentierade baserat på deras kemiska och fysiska egenskaper – en tät metallkärna, en silikatmantel och en skorpa. Planetens totala densitet är lägre än jordens, uppskattad till 3,933 g / cm³, och denna densitet ökar ju närmare kärnan kommer. Precis som jorden beror detta på det faktum att kärnan består av järn och nickel, medan manteln består av silikatmaterial.

Nuvarande modeller av dess inre innebär en kärnregion cirka 1794 ± 65 kilometer (1115 ± 40 mi) i radie, främst bestående av järn och nickel med cirka 16–17% svavel. Jämfört med jordskorpan – med en tjocklek på 40 km (25 mi) – är den genomsnittliga tjockleken på Mars skorpa cirka 50 km (31 mi), med en maximal tjocklek på 125 km (78 mi). Mellan dess storlek, massa och densitet har Mars en ytvikt på cirka 3,711 m / s² – vilket blir 0,38 g.

Densitet hos Jupiter:

Som en gasjätte (aka består till stor del av gasformiga och flytande ämnen) har Jupiter en lägre genomsnittlig densitet än någon av markbundna planeter. Men vid 1,326 g / cm3 är det också den näst tätaste av gasjättarna. Trots sin otroliga storlek och massa beror den lägre densiteten på att de till stor del består av ädelgaser, som upprätthålls i tillstånd som sträcker sig från gasformiga till fasta ämnen.

Dessutom varierar denna densitet avsevärt mellan dess yttre gasskikt och dess kärna, som tros vara bestå av berg och omges av ett lager av metalliskt väte. I det yttersta lagret, som består av elementärt väte och helium, är densiteten hos materialen mindre än den för vatten – 0,0002 g / cm³ jämfört med 1 g / cm³ vatten.

Under det, där planetens väte är i flytande tillstånd, stiger densiteten till ungefär 0,5 g / cm³ och ökar till 1 g / cm³ vid gränsen med skiktet som består av metalliskt väte. Skiktet metalliskt väte har under tiden en uppskattad densitet på 4 g / cm³ – dvs. ungefär samma som Mars. Och i kärnan, vars sammansättning fortfarande är föremål för spekulation, stiger densiteten till 25 g / cm³.

Trodde att dess genomsnittliga densitet är lägre än de markbundna planeterna, Jupiters totala storlek, massa och mängden material som den packar i ramen ger en kraftfull gravitation. Mätt från dess ”yta” (vilket i detta fall betyder dess molntoppar) är Jupiters tyngdkraft över två och en hlaf är så stor som jordens – 24,79 m / s2, eller 2,528 g.

Saturnus densitet:

Vid 0,687 g / cm3 är Saturnus den minst täta av gasjättarna. Faktum är att den genomsnittliga densiteten faktiskt är lägre än för vatten, vilket innebär att om det vore möjligt att placera planeten i ett badkar av vatten skulle det flyta. Men som med Jupiter och de andra jättarna, varierar denna densitet avsevärt från växtens utsida (som består av elementärt väte och helium) till dess kärna (som återigen tros vara stenig och omgiven av metallisk väte).

På grund av dess större storlek men lägre densitet än markbundna planeter är Saturnus ytvikt (återigen, mätt från dess molntoppar) bara något högre än jordens -10,44 m / s² eller 1,065 g.

Uranus densitet:

Med en genomsnittlig densitet på 1,27 g / cm3, Uranus är den näst minst täta av gasjättarna, efter Saturnus. Dess något högre densitet beror på dess sammansättning, som huvudsakligen består av olika flyktiga isar – såsom vatten, ammoniak och metan – förutom gaser som väte och helium. Av denna anledning kallas Uranus (och Neptunus) ofta för ”isjättar” för att skilja dem från Jupiter och Saturnus.

Standardmodellen för Uranus struktur är att den består av tre lager. Liksom de andra jättar, detta inkluderar en stenig kärna och ett yttre skikt av väte och helium. Men i Uranus fall är dessa skikt förbundna med en isig mantel i mitten snarare än en som består av flytande väte. Närvaron av metan i dess atmosfär är också vad som ger Uranus sin speciella nyans.

Uranus totala storlek, massa och densitet betyder också att ytans tyngdkraft är mindre än jordens. Sammantaget räknas det till 8,69 m / s², vilket motsvarar 0,886 g.

Neptuns densitet:

Neptuns genomsnittliga densitet är 1.638 g / cm³, vilket gör den till den tätaste av någon av jättarna. Liksom Uranus är den sammansatt av hög koncentrationer av flyktiga ämnen i förhållande till Jupiter och Saturnus. Liksom Uranus skiljer sig dess inre mellan en tät kärna bestående av silikater och metaller, en mantel bestående av vatten, ammoniak och metangis och en atmosfär bestående av väte, helium och metangas.

högre koncentrationer av metan i Neptuns atmosfär är därför det är mörkare i nyans än Uranus. Och mellan sin storlek, massa och densitet har Neptune en ytvikt på 11,15 m / s2 – vilket motsvarar 1,14 g.

Som du kan se varierar solplanets densiteter mycket. Medan de som är närmare solen är markbundna och ganska täta, är de som bor i det yttre solsystemet till stor del gasformiga och flytande och är därför i genomsnitt mindre täta.

Vi har skrivit många intressanta artiklar om tätheten av planeter här på Universe Today. Här är Venus densitet, Jordens densitet, Månens densitet, Mars densitet, Saturnus densitet, Uranus densitet och Neptuns densitet.

Om du letar efter för mer information, kolla in NASA: s utforskningssida för solsystemet och här är en länk till NASA: s solsystemsimulator.

Astronomy Cast har avsnitt på alla planeterna inklusive avsnitt 49: Mercury,