Aus diesem Grund ist die Erde Überraschenderweise Das dichteste Objekt In Unserem Sonnensystem

Von allen Planeten, Zwergplaneten, Monden, Asteroiden und mehr im Sonnensystem kann nur ein Objekt am dichtesten sein. Man könnte denken, basierend auf der Tatsache, dass die Gravitation ein außer Kontrolle geratener Prozess ist, der immer mehr auf sich selbst aufbaut, dass die massivsten Objekte aller Dinge wie Jupiter oder sogar die Sonne am dichtesten wären, aber sie sind weniger als ein Viertel der Dichte der Erde.,

Sie könnten einen anderen Weg gehen und denken, dass die Welten, die aus dem größten Teil der schwersten Elemente bestehen, auch die dichtesten wären. Wenn dies der Fall wäre, wäre Merkur jedoch die dichteste Welt, und das ist es nicht. Stattdessen ist die Erde von allen großen Objekten, die im Sonnensystem bekannt sind, die dichteste von allen. Hier ist die überraschende Wissenschaft, warum.

Dichte ist eine der einfachsten nicht-fundamentalen Eigenschaften der Materie, die Sie sich vorstellen können. Jedes Objekt, das existiert, vom mikroskopischen bis zum astronomischen, hat eine bestimmte Menge an Energie in Ruhe, die ihm innewohnt: was wir allgemein Masse nennen. Diese Objekte nehmen auch einen bestimmten Raum in drei Dimensionen ein: was wir als Volumen kennen. Dichte ist nur das Verhältnis dieser beiden Eigenschaften: die Masse eines Objekts geteilt durch sein Volumen.

Unser Sonnensystem selbst wurde etwa 4 gebildet.,Vor 5 Milliarden Jahren die Art und Weise, wie alle Sonnensysteme gebildet werden: aus einer Gaswolke in einer sternbildenden Region, die sich unter ihrer eigenen Schwerkraft zusammenzog und zusammenbrach. In letzter Zeit konnten wir dank Observatorien wie ALMA (dem Atacama Large Millimeter/Submillimetre Array) die protoplanetaren Scheiben, die sich um diese neugeborenen Sterne bilden, zum ersten Mal direkt abbilden und analysieren.

Einige der Merkmale eines solchen Bildes sind auffällig. Sie können eine große, ausgedehnte Scheibe um einen sich neu bildenden Stern sehen: das Material, aus dem Planeten, Monde, Asteroiden, ein äußerer (kuiperartiger) Gürtel usw. entstehen. Sie können Lücken in der Festplatte sehen: Orte, an denen sich bereits massive Objekte wie Planeten bilden., Sie können einen farbcodierten Temperaturverlauf sehen, bei dem die inneren Regionen heißer und die äußeren Regionen kälter sind.

Aber was Sie visuell nicht von einem Bild wie diesem sehen können, ist das Vorhandensein und die Fülle der verschiedenen Arten von Materialien. Während komplexe Moleküle und sogar organische Verbindungen in solchen Systemen zu finden sind, gibt es drei wichtige Effekte, die alle zusammenarbeiten, um zu bestimmen, welche Elemente an welchen Orten im Sonnensystem landen.,

Der erste Faktor ist die Gravitation, die immer eine Anziehungskraft ist., In einer Scheibe aus Materie, die aus winzigen Teilchen besteht, drehen sich diejenigen, die sich näher am Inneren der Scheibe befinden, mit etwas höheren Geschwindigkeiten um das Zentrum des Sonnensystems als die etwas weiter entfernten, was zu Kollisionen zwischen Teilchen führt, wenn sie in diesem Orbitaltanz aufeinander treffen.

Wo sich bereits etwas größere Teilchen gebildet haben, oder wo kleinere Teilchen zu größeren zusammenkleben, wird die Gravitationskraft etwas größer, da ein Überspannungsbereich bevorzugt mehr und mehr von der umgebenden Masse anzieht., Über Tausende bis Millionen bis zehn Millionen von Jahren wird dies zur außer Kontrolle geratenen Bildung von Planeten führen, an welchen Orten auch immer die meiste Masse an einem Ort am schnellsten anfallen würde.

Der zweite Faktor ist die Temperatur des Zentralsterns, der sich von seiner Vorgeburt als molekularer Stern über seine Phase als Proto-Stern bis zu seiner langen Lebensdauer als vollwertiger Stern entwickelt. In der inneren Region, die dem Stern am nächsten liegt, können nur die schwersten Elemente von allen überleben, da alles andere zu hell ist, als dass es durch die intensive Hitze und Strahlung auseinander gesprengt wird. Die am häufigsten verwendeten Planeten werden allein aus Metallen bestehen.,

Außerhalb davon gibt es eine Frostlinie (ohne flüchtige ices im Inneren, aber mit flüchtigen Ices darüber hinaus), wo sich unsere terrestrischen Planeten alle innerhalb der Frostlinie gebildet haben. Während diese Linien interessant sind, lehrt es uns auch, dass es einen Materialgradienten gibt, der sich im Sonnensystem bildet: Die schwersten Elemente befinden sich im höchsten Verhältnis, das dem Zentralstern am nächsten ist, während die schwereren Elemente weiter entfernt weniger reichlich vorhanden sind.

Und das dritte und letzte Element ist, dass es einen komplizierten Gravitationstanz gibt, der im Laufe der Zeit stattfindet. Planeten wandern. Sterne heizen sich auf, und Ices werden dort abgezogen, wo sie vorher erlaubt waren. Planeten, die unseren Stern in früheren Stadien umkreist haben, können ausgeworfen, in die Sonne geschossen oder ausgelöst werden, um mit anderen Welten zu kollidieren und/oder mit ihnen zu verschmelzen.,

Und wenn Sie dem Stern, der Ihr Sonnensystem verankert, zu nahe kommen, können die äußeren Schichten der Sternatmosphäre genügend Reibung liefern, um Ihre Umlaufbahn zu destabilisieren und sich in den Zentralstern selbst zu drehen. Betrachtet man unser Sonnensystem heute, 4,5 Milliarden Jahre nachdem sich das Ganze gebildet hat, können wir eine Menge Dinge darüber schließen, wie die Dinge in den frühen Stadien gewesen sein müssen. Wir können ein allgemeines Bild davon zusammenstellen, was passiert ist, um Dinge so zu erschaffen, wie sie heute sind.,

Aber alles, was wir verlassen haben, sind die überlebenden., Was wir sehen, folgt einem allgemeinen Muster, das sehr im Einklang mit der Idee steht, dass sich unsere acht Planeten in etwa in der Reihenfolge gebildet haben, in der sie sich heute befinden: Merkur als innerste Welt, gefolgt von Venus, Erde, Mars, Asteroidengürtel, dann die vier Gasriesen mit jeweils eigenem Mondsystem, dem Kuipergürtel und schließlich der Oort-Wolke.

Wenn alles rein auf den Elementen basieren würde, aus denen sie bestehen, wäre Merkur der dichteste Planet. Quecksilber hat einen höheren Anteil an Elementen, die im Periodensystem höher sind als jede andere bekannte Welt im Sonnensystem., Selbst die Asteroiden, bei denen ihre flüchtigen Ices abgekocht sind, sind nicht so dicht wie Quecksilber, das allein auf Elementen basiert. Venus ist #2, Erde ist #3, gefolgt von Mars, einigen Asteroiden und dann Jupiters innerstem Mond: Io.

Aber es ist nicht nur die Rohstoffzusammensetzung einer Welt, die ihre Dichte bestimmt. Es gibt auch die Frage der Gravitationskompression, die eine größere Wirkung für Welten hat, je größer ihre Massen sind. Darüber haben wir viel gelernt, indem wir Planeten außerhalb unseres eigenen Sonnensystems untersucht haben, da sie uns beigebracht haben, was die verschiedenen Kategorien von Exoplaneten sind. Dadurch konnten wir ableiten, welche physikalischen Prozesse im Spiel sind, die zu den Welten führen, die wir beobachten.,

Wenn Sie unter etwa zwei Erdmassen sind, werden Sie ein felsiger, terrestrischer Planet sein, wobei Planeten mit größerer Masse mehr Gravitationskompression erfahren. Darüber hängen Sie an einer gasförmigen Hülle aus Materie, die Ihre Welt „pustet“ und ihre Dichte enorm verringert, wenn Sie in die Masse steigen, was erklärt, warum Saturn der am wenigsten dichte Planet ist. Oberhalb einer anderen Schwelle übernimmt die Gravitationskompression erneut die Führung; Saturn ist 85% der physischen Größe von Jupiter, aber nur ein Drittel der Masse., Und jenseits einer anderen Schwelle entzündet sich die Kernfusion und verwandelt einen Möchtegernplaneten in einen Stern.

Wenn wir eine Welt wie Jupiter hätten, die nahe genug an der Sonne wäre, würde ihre Atmosphäre entfernt und einen Kern enthüllt, der sicherlich dichter wäre als jeder der Planeten in unserem heutigen Sonnensystem. Die dichtesten, schwersten Elemente sinken während der Planetenbildung immer zum Kern, und die Gravitation komprimiert diesen Kern, um noch dichter zu sein, als es sonst gewesen wäre. Aber wir haben keine solche Welt in unserem Hinterhof.,

Stattdessen haben wir nur einen relativ schweren felsigen, terrestrischen Planeten: Die Erde, die schwerste Welt in unserem Sonnensystem ohne große gasförmige Hülle. Aufgrund der Kraft seiner eigenen Gravitation wird die Erde um einige Prozent über das komprimiert, was ihre Dichte ohne so viel Masse gewesen wäre. Der Unterschied reicht aus, um die Tatsache zu überwinden, dass es insgesamt aus leichteren Elementen besteht als Quecksilber (irgendwo zwischen 2-5%), um es insgesamt etwa 2% dichter als Quecksilber zu machen.,

Wenn die Elemente, aus denen Sie bestehen, die einzige Metrik wären, die für die Dichte von Bedeutung ist, wäre Merkur ohne Zweifel der dichteste Planet im Sonnensystem., Ohne einen Ozean oder eine Atmosphäre mit geringer Dichte und aus schwereren Elementen im Periodensystem (im Durchschnitt) als jedes andere Objekt in unserer Nachbarschaft würde es den Kuchen kosten. Und doch quietscht die Erde, fast dreimal so weit von der Sonne entfernt, aus leichteren Materialien und mit einer beträchtlichen Atmosphäre, mit einer 2% größeren Dichte voran.

Die Erklärung? Die Erde hat genug Masse, dass ihre Selbstkompression aufgrund der Gravitation signifikant ist: Fast so bedeutend wie möglich, bevor Sie anfangen, an einer großen, flüchtigen Hülle aus Gasen zu hängen., Die Erde ist näher an dieser Grenze als alles andere in unserem Sonnensystem, und die Kombination aus ihrer relativ dichten Zusammensetzung und ihrer enormen Selbstgravitation, da wir 18-mal so massiv sind wie Merkur, stellt uns allein als das dichteste Objekt in unserem Sonnensystem.