Wie dicht sind die Planeten?

Die acht Planeten unseres Sonnensystems variieren stark, nicht nur in Bezug auf Größe, sondern auch in Bezug auf Masse und Dichte (d. h. Masse pro Volumeneinheit). Zum Beispiel sind die 4 inneren Planeten – diejenigen, die der Sonne am nächsten sind – alle terrestrische Planeten, was bedeutet, dass sie hauptsächlich aus Silikatgesteinen oder Metallen bestehen und eine feste Oberfläche haben. Auf diesen Planeten variiert die Dichte, je weiter man sich von der Oberfläche zum Kern wagt, jedoch nicht wesentlich. Im Gegensatz dazu werden die 4 äußeren Planeten als Gasriesen (und / oder Eisriesen) bezeichnet, die zusammengesetzt sind hauptsächlich von Wasserstoff, Helium und Wasser, die in verschiedenen physikalischen Zuständen vorliegen. Während diese Planeten größer und massereicher sind, ist ihre Gesamtdichte viel geringer. Darüber hinaus variiert ihre Dichte zwischen der äußeren und der inneren Schicht erheblich und reicht von einem flüssigen Zustand bis zu Materialien, die so dicht sind, dass sie steinhart werden.

Die Dichte spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Oberflächengravitation eines Planeten ist wesentlich für das Verständnis, wie sich ein Planet gebildet hat. Nach der Bildung der Sonne im Zentrum unseres Sonnensystems wurden die Planeten aus einer protoplanetaren Scheibe gebildet. Während die terrestrischen Planeten aus Staubkörnern im inneren Sonnensystem resultierten, sammelten Planeten im äußeren Sonnensystem genug Materie, damit ihre Schwerkraft das übrig gebliebene Gas des Nebels festhalten konnte.

Je mehr Gas sie festhielten, desto größer wurden sie. Und je größer sie wurden, desto mehr Materie würden sie ansammeln, bis sie einen kritischen Punkt erreichten. Während die Gasriesen von Jupiter und Saturn exponentiell wuchsen, erreichten die Eisriesen (Uranus und Neptun) mit nur wenigen Erdmassen an Nebelgas diesen kritischen Punkt nie. In allen Fällen wird die Dichte als Anzahl der Gramm pro Kubikzentimeter (oder g / cm³) gemessen.

Dichte von Quecksilber:

Bei einem terrestrischen Planeten besteht Quecksilber aus Metallen und Silikatmaterial. Die mittlere Dichte von Quecksilber ist die zweithöchste im Sonnensystem, die auf 5,427 g / cm3 geschätzt wird – nur geringfügig weniger als die Erddichte von 5,515 g / cm3. Wenn jedoch die Auswirkungen der Gravitationskompression – die Auswirkungen der Schwerkraft Reduzieren Sie die Größe eines Objekts und erhöhen Sie seine Dichte – dann ist Quecksilber mit einer unkomprimierten Dichte von 5,3 g / cm³ im Vergleich zu 4,4 g / cm³ auf der Erde tatsächlich dichter als die Erde.

Diese Schätzungen können auch sein verwendet, um Details seiner inneren Struktur abzuleiten. Im Vergleich zur Erde ist Quecksilber viel kleiner, weshalb die inneren Regionen weniger stark komprimiert werden. Daher wird angenommen, dass seine hohe Dichte das Ergebnis eines großen und eisenreichen Kerns ist. Insgesamt wird angenommen, dass Metalle wie Eisen und Nickel 70% der Masse des Planeten ausmachen (höher als jeder andere Planet), während Silikatgestein nur 30% ausmacht.

Es wurden mehrere Theorien dafür vorgeschlagen, aber die vorherrschende behauptet, dass Quecksilber früher in seiner Geschichte eine dickere Silikatkruste hatte. Diese Kruste wurde dann weitgehend abgeblasen, als ein großes Planetesimal mit dem Planeten kollidierte. In Kombination mit seiner Größe und Masse hat Quecksilber eine Oberflächengravitation von 3,7 m / s2, was 0,38 der Erdgravitation (auch bekannt als 1 g) entspricht.

Dichte der Venus:

Der zweite Planet unserer Sonne sowie der zweitnächste terrestrische Planet, die Venus, hat eine mittlere Dichte von 5,243 g / cm3. Auch dies kommt der Erddichte sehr nahe. Und während über die Geologie und Seismologie der Venus noch viel Unbekanntes bekannt ist, haben Astronomen eine Vorstellung von der Zusammensetzung und Struktur der Venus, die auf vergleichenden Schätzungen ihrer Größe, Masse und Dichte basiert.

Kurz gesagt, es wird angenommen, dass Venus Make-up und innere Struktur sind der Erde sehr ähnlich und bestehen aus einem Kern, einem Mantel und einer Kruste. Ebenso wie die Erde soll das Innere aus eisenreichen Mineralien bestehen, während Silikatmineralien den Mantel und die Kruste bilden. Die etwas kleinere Größe der Venus bedeutet auch, dass die Drücke in ihrem tiefen Inneren um 24% niedriger sind als auf der Erde.

Da sich Venus und Erde ungefähr gleich schnell abgekühlt haben, wird angenommen, dass der Kern der Venus zumindest teilweise flüssig sein muss. Das Fehlen einer Magnetosphäre um die Venus hat die Wissenschaftler jedoch dazu veranlasst, dies in Frage zu stellen. Einige behaupten, dass der Kern eine gleichmäßige Temperatur haben muss, während andere darauf bestehen, dass er vollständig gekühlt und fest ist. Einige sind so weit gegangen, zu behaupten, dass es keinen Kern hat.

Dichte der Erde:

Die Erde hat mit 5,514 g / cm3 die höchste Dichte aller Planeten im Sonnensystem. Dies wird als Standard angesehen, an dem die Dichte anderer Planeten gemessen wird. Darüber hinaus führt die Kombination von Größe, Masse und Dichte der Erde zu einer Oberflächengravitation von 9,8 m / s². Dies wird auch als Standard (ein g) bei der Messung der Oberflächengravitation anderer Planeten verwendet.

Wie die anderen terrestrischen Planeten ist das Erdinnere in Schichten unterteilt, die sich durch ihre chemische oder physikalische (rheologische) unterscheiden ) Eigenschaften. Diese Schichten bestehen aus einem Kern aus Eisen und Nickel, einem oberen und einem unteren Mantel aus viskosen Silikatmaterialien und einer Kruste aus festen Silikatmaterialien.

Im Gegensatz zu den anderen terrestrischen Planeten ist die Kernregion der Erde jedoch in einen festen inneren Kern und einen flüssigen äußeren Kern unterteilt. Der innere Kern misst geschätzte 1220 km und besteht aus Eisen und Nickel, während sich der äußere Kern bis zu einem Radius von etwa 3.400 km darüber hinaus erstreckt. Der äußere Kern dreht sich auch in die entgegengesetzte Richtung der Erdrotation, von der angenommen wird, dass sie die Quelle der Erdmagnetosphäre ist. Wie bei allen Planeten nimmt diese Dichte zu, je näher man dem Kern kommt, und erreicht im inneren Kern geschätzte 12.600–13.000 kg / m3.

Dichte des Mars:

Als Erdbewohner Der Planet Mars ist auch in Schichten unterteilt, die sich aufgrund ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften unterscheiden – ein dichter Metallkern, ein Silikatmantel und eine Kruste. Die Gesamtdichte des Planeten ist niedriger als die der Erde und wird auf 3,933 g / cm³ geschätzt. Diese Dichte nimmt zu, je näher man dem Kern kommt. Wie bei der Erde ist dies auf die Tatsache zurückzuführen, dass der Kern aus Eisen und Nickel besteht, während der Mantel aus Silikatmaterialien besteht.

Aktuelle Modelle seines Inneren implizieren eine Kernregion von etwa 1.794 Der Radius beträgt ± 65 Kilometer (1.115 ± 40 Meilen) und besteht hauptsächlich aus Eisen und Nickel mit etwa 16–17% Schwefel. Im Vergleich zur Erdkruste mit einer durchschnittlichen Dicke von 40 km beträgt die durchschnittliche Dicke der Marskruste etwa 50 km bei einer maximalen Dicke von 125 km. Der Mars hat zwischen Größe, Masse und Dichte eine Oberflächengravitation von etwa 3,711 m / s² – was 0,38 g entspricht.

Dichte des Jupiter:

Als Gasriese (auch bekannt als weitgehend aus gasförmiger und flüssiger Materie zusammengesetzt) hat Jupiter eine niedrigere mittlere Dichte als jeder andere terrestrische Planeten. Mit 1,326 g / cm3 ist es jedoch auch der zweitdichteste der Gasriesen. Trotz ihrer unglaublichen Größe und Masse ist die geringere Dichte darauf zurückzuführen, dass sie größtenteils aus Edelgasen bestehen, die in Zuständen von gasförmig bis fest gehalten werden.

Außerdem liegt diese Dichte erheblich zwischen den äußeren Gasschichten und dem Kern, von dem angenommen wird, dass er es ist aus Gestein bestehen und von einer Schicht aus metallischem Wasserstoff umgeben sein. In der äußersten Schicht, die aus elementarem Wasserstoff und Helium besteht, ist die Dichte der Materialien geringer als die von Wasser – 0,0002 g / cm³ im Vergleich zu 1 g / cm³

Darunter steigt die Dichte, wenn sich der Wasserstoff des Planeten in einem flüssigen Zustand befindet, auf ungefähr 0,5 g / cm³ und an der Grenze mit der Schicht aus metallischem Wasserstoff auf 1 g / cm³. Die Schicht aus metallischem Wasserstoff hat inzwischen eine geschätzte Dichte von 4 g / cm³ – dh ungefähr die gleiche wie der Mars. Und im Kern, dessen Zusammensetzung noch Gegenstand von Spekulationen ist, steigt die Dichte auf 25 g / cm³. P. >

Dachte, seine durchschnittliche Dichte sei niedriger als die der terrestrischen Planeten, Jupiters Gesamtgröße, Masse und die Menge von Das Material, das es in den Rahmen packt, sorgt für eine starke Schwerkraft. Gemessen an seiner „Oberfläche“ (was in diesem Fall seine Wolkendecke bedeutet) beträgt die Schwerkraft des Jupiter mehr als das Zweifache der Erde – 24,79 m / s2 oder 2,528 g.

Dichte des Saturn:

Mit 0,687 g / cm3 ist Saturn der am wenigsten dichte der Gasriesen. Tatsächlich ist seine mittlere Dichte tatsächlich niedriger als die von Wasser, was bedeutet, dass es möglich wäre, den Planeten in eine Wanne zu legen von Wasser würde es schwimmen. Aber wie bei Jupiter und den anderen Riesen reicht diese Dichte beträchtlich von der Außenseite der Pflanze (die aus elementarem Wasserstoff und Helium besteht) bis zu ihrem Kern (der wiederum als felsig angesehen wird und von Metall umgeben ist) Wasserstoff).

Aufgrund seiner größeren Größe, aber geringeren Dichte als terrestrische Planeten ist die Oberflächengravitation des Saturn (wiederum gemessen von seinen Wolkendecken) gerecht etwas höher als die der Erde -10,44 m / s² oder 1,065 g.

Dichte des Uranus:

Mit einer mittleren Dichte von 1,27 g / cm3, Uranus ist nach Saturn der zweitniedrigste der Gasriesen. Seine etwas höhere Dichte ist auf seine Zusammensetzung zurückzuführen, die neben Gasen wie Wasserstoff und Helium hauptsächlich aus verschiedenen flüchtigen Eisarten wie Wasser, Ammoniak und Methan besteht. Aus diesem Grund werden Uranus (und Neptun) oft als „Eisriesen“ bezeichnet, um sie von Jupiter und Saturn zu unterscheiden.

Das Standardmodell der Uranus-Struktur besteht darin, dass sie aus drei Schichten besteht Riesen, dazu gehören ein felsiger Kern und eine äußere Schicht aus Wasserstoff und Helium. Aber im Fall von Uranus sind diese Schichten durch einen eisigen Mantel in der Mitte verbunden, der nicht aus flüssigem Wasserstoff besteht. Das Vorhandensein von Methan in seiner Atmosphäre ist auch was Uranus seinen besonderen Farbton verleiht.

Uranus Gesamtgröße, Masse und Dichte bedeuten auch, dass seine Oberflächengravitation geringer ist als die der Erde. Alles in allem beträgt er 8,69 m / s², Dies entspricht 0,886 g.

Dichte von Neptun:

Die mittlere Dichte von Neptun beträgt 1,638 g / cm³, was es zum dichtesten aller Riesen macht. Wie Uranus besteht es aus Urptus von hoch flüchtige Konzentrationen im Verhältnis zu Jupiter und Saturn. Ebenso wie Uranus unterscheidet sich sein Inneres zwischen einem dichten Kern aus Silikaten und Metallen, einem Mantel aus Wasser, Ammoniak und Methaneis und einer Atmosphäre aus Wasserstoff, Helium und Methangas Höhere Methankonzentrationen in der Neptunatmosphäre sind der Grund dafür, dass der Farbton dunkler ist als bei Uranus. Und zwischen seiner Größe, Masse und Dichte hat Neptun eine Oberflächengravitation von 11,15 m / s2 – was 1,14 g entspricht.

Wie Sie sehen können, variieren die Dichten der Sonnenplaneten stark. Während diejenigen, die näher an der Sonne liegen, terrestrisch und ziemlich dicht sind, sind diejenigen, die im äußeren Sonnensystem leben, weitgehend gasförmig und flüssig und daher im Durchschnitt weniger dicht.

Wir haben viele interessante Artikel über die Dichte von Planeten hier bei Universe Today geschrieben. Hier ist die Dichte der Venus, die Dichte der Erde, die Dichte des Mondes, die Dichte des Mars, die Dichte des Saturn, die Dichte des Uranus und die Dichte des Neptun.

Wenn Sie suchen Weitere Informationen finden Sie auf der Erkundungsseite des Sonnensystems der NASA. Hier finden Sie einen Link zum Sonnensystem-Simulator der NASA.

Astronomy Cast enthält Episoden auf allen Planeten, einschließlich Episode 49: Merkur,