Derfor er jorden overraskende det tætteste objekt i vores solsystem

af alle planeter, dværgplaneter, måner, asteroider og mere i solsystemet kan kun et objekt være det tætteste. Du tror måske, baseret på det faktum, at gravitation er en løbsk proces, der bare bygger på sig selv i større og større grad, at de mest massive genstande af alle ting som Jupiter eller endda solen ville være tætteste, men de er mindre end en fjerdedel jordens densitet.,

Du kan gå en anden rute, og tror, at de verdener, der er lavet ud af den største andel af de tungeste elementer ville være den tætteste, også. Hvis det var tilfældet, ville Merkur imidlertid være den tætteste verden, og det er det ikke. i stedet for alle de store objekter, der er kendt i solsystemet, er Jorden den tætteste af alle. Her er den overraskende videnskab om hvorfor.

densitet er en af de enkleste ikke-grundlæggende egenskaber ved Stof, du kan forestille dig. Hvert objekt, der findes, fra det mikroskopiske til det astronomiske, har en vis mængde energi i hvile, der er iboende for det: hvad vi ofte kalder masse. Disse objekter optager også en given mængde plads i tre dimensioner: hvad vi kender som volumen. Densitet er kun forholdet mellem disse to egenskaber: massen af et objekt divideret med dets volumen.

vores solsystem selv blev dannet nogle 4.,For 5 milliarder år siden dannes alle solsystemer: fra en sky af gas i en stjernedannende region, der kontraherede og kollapsede under sin egen tyngdekraft. For nylig, takket være observatorier såsom ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), vi har været i stand til direkte billede og analysere den protoplanetariske diske, der udgør omkring disse nyfødte stjerner for første gang.

Nogle af funktionerne i et billede som dette er slående. Du kan se en stor, udvidet disk omkring en nydannende stjerne: det materiale, der vil give anledning til planeter, måner, asteroider, et ydre (Kuiperlignende) bælte osv. Du kan se huller i disken: steder, hvor massive objekter som planeter allerede danner., Du kan se en farvekodet temperaturgradient, hvor de indre områder er varmere og de ydre områder er koldere.

men hvad du ikke visuelt kan se fra et billede som dette er tilstedeværelsen og overflod af de forskellige typer materialer. Mens komplekse molekyler og endda organiske forbindelser findes i hele systemer som dette, er der tre vigtige effekter, som alle arbejder sammen for at bestemme, hvilke elementer der afvikles på hvilke steder i solsystemet, der resulterer.,

den første faktor er gravitation, som altid er en attraktiv kraft., I en skive af stof, der består af bittesmå partikler, dem, der er tættere på det indre af disken vil være centreret omkring solsystemets centrum i lidt højere hastigheder end dem, der er lidt længere ude, der forårsager kollisioner mellem partikler, når de passerer hinanden i denne orbital dans.

hvor der allerede er dannet lidt større partikler, eller hvor mindre partikler klæber sammen for at danne større, bliver gravitationskraften lidt større, da det at have et overdense-område fortrinsvis tiltrækker mere og mere af den omgivende masse., Over tusinder til millioner til titusinder af millioner af år, dette vil føre til den løbende dannelse af planeter på hvilke steder der skete for at tilfalde mest masse på thet sted den hurtigste.

Den anden faktor er temperaturen af den centrale stjerne, som det udvikler sig fra præ-fødsel som en molekylære skyer gennem sin fase som en proto-stjerne til sit lange liv som et fuldgyldigt stjerne. I det indre område tættest på stjernen kan kun de tungeste elementer af alle overleve, da alt andet er for let, at det sprænges fra hinanden af den intense varme og stråling. De mest indvendige planeter vil være lavet af metaller alene.,

uden for det er der en frostlinje (uden Flygtige ices-interiør til det, men med Flygtige is ud over det), hvor vores jordiske planeter alle dannede sig inde i frostlinjen. Mens disse linjer er interessant, det lærer os også, at der er en gradient af materiale, der udgør det i solsystemet: de tungeste elementer, der er fundet i de højeste andel tættest på den centrale stjerne, mens de tungere grundstoffer er mindre rigelige længere væk.

Og det tredje og sidste element er, at der er en indviklet tyngdekraften, dans, der finder sted over tid. Planeter vandrer. Stjerner varme op, og ices bliver strippet væk, hvor de fik lov en gang før. Planeter, der kan have kredset om vores stjerne i tidligere stadier, kan blive skubbet ud, skudt ind i solen eller udløst til at kollidere med og/eller fusionere med andre verdener.,

og hvis du kommer for tæt på stjernen, der forankrer dit solsystem, kan de ydre lag af stjernens atmosfære give tilstrækkelig friktion til at få din bane til at destabilisere og spiral ind i selve den centrale stjerne. Kigger på vores solsystem i dag er 4,5 milliarder år efter det hele er dannet, kan vi konkludere, en frygtelig masse ting om, hvad ting må have været som i de tidlige faser. Vi kan sammensætte et generelt billede af, hvad der skete for at skabe ting, som de er i dag.,

men alt, hvad vi har tilbage, er de overlevende., Hvad ser vi følger et generelt mønster, der er meget i overensstemmelse med den idé, at vores otte planeter dannes i nogenlunde den rækkefølge, som de er i dag: Merkur som inderste verden, efterfulgt af Venus, Jorden, Mars, asteroidebæltet, så de fire gasplaneter, hver med deres egen lunar system, kuiperbæltet, og til sidst Oort skyen.

Hvis alt udelukkende var baseret på de elementer, der udgør dem, ville Merkur være den tætteste planet. Kviksølv har en højere andel af elementer, der er højere på det periodiske system i forhold til enhver anden kendt verden i solsystemet., Selv de asteroider, der har fået deres flygtige is kogt af, er ikke så tætte som kviksølv er baseret på elementer alene. Venus er # 2, jorden er # 3, efterfulgt af Mars, nogle asteroider, og derefter Jupiters inderste måne: Io.

men det er ikke kun råmaterialesammensætningen i en verden, der bestemmer dens densitet. Der er også spørgsmålet om gravitationskomprimering, som har en større effekt for verdener, jo større deres masser er. Dette er noget, vi har lært meget om ved at studere planeter ud over vores eget solsystem, da de har lært os, hvad de forskellige kategorier af e .oplanet er. Det har gjort det muligt for os at udlede, hvilke fysiske processer der er på spil, der fører til de verdener, vi observerer.,

Hvis du er under omkring to jordmasser, vil du være en stenet, jordlignende planet, med planeter med større masse, der oplever mere gravitationskomprimering. Ovenover begynder i at hænge på en gasformig kuvert af stof, som” puster ” jeres verden ud og taber dens tæthed enormt, når I går op i masse og forklarer, hvorfor Saturn er den mindst tætte planet. Over en anden tærskel tager gravitationskomprimering føringen igen; Saturn er 85% af Jupiters fysiske størrelse, men kun en tredjedel af massen., Og ud over en anden tærskel antændes nuklear fusion, der omdanner en vordende planet til en stjerne.

Hvis vi havde en verden, som Jupiter, der var tæt nok på til Solen, dens atmosfære ville være skrællet væk, afslører en kerne, der ville helt sikkert være tættere end nogen af de andre planeter i solsystemet i dag. De tætteste, tungeste elementer synker altid til kernen under planetdannelsen, og gravitation komprimerer den kerne for at være endnu tættere, end den ellers ville have været. Men vi har ikke nogen sådan verden i vores baghave.,

i stedet har vi bare en relativt tung stenet jordbaseret planet: Jorden, den tyngste verden i vores solsystem uden en stor gasformig konvolut. På grund af kraften i sin egen gravitation komprimeres jorden med et par procent over, hvad dens densitet ville have været uden så meget masse. Forskellen er nok til at overvinde det faktum, at det er lavet af lettere elementer generelt end kviksølv er (ved et sted mellem 2-5%) for at gøre det omkring 2% tættere end kviksølv generelt.,

Hvis de elementer, du blev lavet af, var den eneste metriske, der betyder noget for tæthed, ville kviksølv være den tætteste planet i solsystemet uden tvivl., Uden et hav med lav densitet eller atmosfære og lavet af tungere elementer på det periodiske bord (i gennemsnit) end noget andet objekt i vores kvarter, ville det tage kagen. Og alligevel knirker jorden, næsten tre gange så langt fra solen, lavet af lettere materialer og med en betydelig atmosfære, fremad med en 2% større tæthed.

forklaringen? Jorden har nok masse til, at dens selvkomprimering på grund af gravitation er betydelig: næsten lige så betydelig, som du kan få, før du begynder at hænge på en stor, flygtig kuvert af gasser., Jorden er tættere på at begrænse end noget andet i vores solsystem, og kombinationen af den relativt tætte sammensætning og dens enorme self-tyngdekraft, som vi er 18 gange så massiv som Kviksølv, som bringer os alene, som det tætteste et objekt i vores solsystem.