Los ocho planetas de nuestro Sistema Solar y nuestro Sol, a escala en tamaño pero no en términos de orbitales… distancia. Tenga en cuenta que estos son los únicos ocho objetos que cumplen con los tres criterios planetarios establecidos por la UAI, y que orbitan alrededor del sol dentro de unos pocos grados del mismo plano que el otro.,
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de todos los planetas, planetas enanos, lunas, asteroides y más en el Sistema Solar, solo un objeto puede ser el más denso. Se podría pensar, basado en el hecho de que la gravitación es un proceso fuera de control que se construye sobre sí misma en un grado cada vez mayor, que los objetos más masivos de todas las cosas como Júpiter o incluso el sol serían más densos, pero son menos de un cuarto de la densidad de la Tierra.,
usted podría ir por una ruta diferente, y pensar que los mundos que están hechos de la mayor proporción de los elementos más pesados serían los más densos, también. Si ese fuera el caso, sin embargo, Mercurio sería el mundo más denso, y no lo es. en cambio, de todos los objetos grandes que se conocen en el sistema Solar, la Tierra es el más denso de todos. Aquí está la sorprendente Ciencia del por qué.
Una comparación de los planetas en el Sistema Solar por el tamaño. El radio de la tierra es solo un 5% más grande que… Venus, pero Urano y Neptuno tienen cuatro veces el radio de nuestro mundo.,
Lsmpascal de Wikimedia Commons
La densidad es una de las propiedades no fundamentales más simples de la materia que puedas imaginar. Cada objeto que existe, desde el microscópico hasta el astronómico, tiene una cierta cantidad de energía en reposo intrínseca: lo que comúnmente llamamos masa. Estos objetos también ocupan una determinada cantidad de espacio en tres dimensiones: lo que conocemos como volumen. La densidad es solo la relación de estas dos propiedades: la masa de un objeto dividida por su volumen.
nuestro Sistema Solar se formó unos 4.,Hace 5 mil millones de años la forma en que se forman todos los sistemas solares: a partir de una nube de gas en una región de formación estelar que se contrajo y colapsó bajo su propia gravedad. Recientemente, gracias a observatorios como ALMA (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array), hemos podido captar y analizar directamente por primera vez los discos protoplanetarios que se forman alrededor de estas estrellas recién nacidas.
El disco protoplanetario alrededor de la joven estrella HL Tauri, fotografiada por el ALMA. Las lagunas en el…, el disco indica la presencia de nuevos planetas, mientras que las mediciones espectroscópicas revelan un gran número y diversidad de compuestos orgánicos que contienen carbono.
ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Algunas de las características de una imagen como esta, son sorprendentes. Se puede ver un disco grande y extendido alrededor de una estrella de Nueva formación: el material que dará lugar a planetas, lunas, asteroides, un cinturón exterior (similar a Kuiper), etc. Puedes ver huecos en el disco: lugares donde ya se están formando objetos masivos como planetas., Puede ver un gradiente de temperatura codificado por colores, donde las regiones interiores son más calientes y las regiones exteriores son más frías.
pero lo que no se puede ver visualmente de una imagen como esta es la presencia y abundancia de los diferentes tipos de materiales. Si bien las moléculas complejas e incluso los compuestos orgánicos se encuentran en sistemas como este, hay tres efectos importantes que trabajan juntos para determinar qué elementos terminan en qué ubicaciones del Sistema Solar resulta.,
Una ilustración de un disco protoplanetario, donde los planetas y planetesimals formulario en primer lugar, la creación… ‘huecos’ en el disco cuando lo hacen. Tan pronto como la protoestrella central se calienta lo suficiente, comienza a expulsar los elementos más ligeros de los sistemas protoplantarios circundantes. Un planeta como Júpiter o Saturno tiene suficiente gravedad para retener los elementos más ligeros como el hidrógeno y el helio, pero un mundo de menor masa como la Tierra no lo hace.
NAOJ
El primer factor es la gravitación, que es siempre una fuerza de atracción., En un disco de materia compuesto de partículas diminutas, las que están más cerca del interior del disco girarán alrededor del centro del Sistema solar a velocidades ligeramente más altas que las que están un poco más lejos, causando colisiones entre partículas a medida que se cruzan entre sí en esta danza orbital.
Cuando ya se han formado partículas ligeramente más grandes, o cuando las partículas más pequeñas se unen para formar otras más grandes, la fuerza gravitacional se vuelve un poco más grande, ya que tener una región sobredensada atrae preferentemente más y más de la masa circundante., A lo largo de miles a millones a decenas de millones de años, esto conducirá a la formación fugaz de planetas en los lugares que sucedieron para acumular la mayor masa en un lugar más rápido.
un esquema de Un disco protoplanetario, mostrando el Hollín y las Heladas Líneas. Para una estrella como el Sol… las estimaciones sitúan la línea de heladas en algún lugar alrededor de tres veces la distancia inicial Tierra-Sol, mientras que la línea de hollín está significativamente más adentro. La ubicación exacta de estas líneas en el pasado de nuestro sistema Solar es difícil de precisar.,
NASA/JPL-Caltech, annonations by Invader Xan
el segundo factor es la temperatura de la estrella central a medida que evoluciona desde su pre-nacimiento como nubes moleculares a través de su fase como proto-estrella a su larga vida como una estrella de pleno derecho. En la región interior más cercana a la estrella, solo los elementos más pesados de todos pueden sobrevivir, ya que todo lo demás es demasiado ligero que es destruido por el intenso calor y la radiación. Los planetas más interiores estarán hechos solo de metales.,
Fuera de eso, hay una línea de heladas (sin hielos volátiles dentro de eso, pero con hielos volátiles más allá de eso), donde nuestros planetas terrestres se formaron dentro de la línea de heladas. Si bien estas líneas son interesantes, también nos enseña que hay un gradiente de material que se forma en el sistema solar: los elementos más pesados se encuentran en la proporción más alta más cercana a la estrella central, mientras que los elementos más pesados son menos abundantes más lejos.
a medida que los sistemas solares evolucionan en general, los materiales volátiles se evaporan, los planetas acumulan materia,…, los planetesimales se fusionan o interactúan gravitacionalmente y expulsan cuerpos, y las órbitas migran a configuraciones estables. Los planetas gigantes gaseosos pueden dominar gravitacionalmente la dinámica de nuestro sistema Solar, pero los planetas rocosos interiores son donde está sucediendo toda la bioquímica interesante, hasta donde sabemos. En otros sistemas solares, la historia puede ser muy diferente, dependiendo de dónde los diversos planetas y lunas terminan migrando.,
usuario de Wikimedia Commons AstroMark
y el tercer y último elemento es que hay una intrincada danza gravitacional que tiene lugar a lo largo del tiempo. Los planetas migran. Las estrellas se calientan, y los hielos se quitan donde se les permitió una vez antes. Los planetas que pueden haber orbitado nuestra estrella en etapas anteriores pueden ser expulsados, disparados al sol, o activados para chocar y/o fusionarse con otros mundos.,
y si te acercas demasiado a la estrella anclando tu sistema solar, las capas externas de la atmósfera de la estrella pueden proporcionar suficiente fricción para causar que tu órbita se desestabilice, girando en espiral hacia la estrella central misma. Mirando nuestro Sistema Solar hoy, 4.5 mil millones de años después de que todo se formó, podemos concluir un montón de cosas sobre cómo deben haber sido las cosas en las primeras etapas. Podemos armar una imagen general de lo que ocurrió para crear las cosas como son hoy.,
Una ilustración de lo que es un synestia aspecto: un inflado-el anillo que rodea a un planeta… después de un gran impacto de Momento angular de alta energía. Ahora se piensa que nuestra Luna se formó por una colisión temprana con la tierra que creó tal fenómeno.Sarah Stewart / UC Davis / NASA
pero todo lo que nos queda son los sobrevivientes., Lo que vemos sigue un patrón general que es muy consistente con la idea de que nuestros ocho planetas se formaron aproximadamente en el orden en que están hoy: Mercurio como el mundo más interno, seguido por Venus, La Tierra, Marte, el cinturón de asteroides, luego los cuatro gigantes gaseosos cada uno con su propio sistema lunar, el cinturón de Kuiper, y por último la nube de Oort.
Si todo estuviera basado puramente en los elementos que los componen, Mercurio sería el planeta más denso. Mercurio tiene una mayor proporción de elementos que son más altos en la Tabla periódica en comparación con cualquier otro mundo conocido en el Sistema Solar., Incluso los asteroides que han tenido sus hielos volátiles hervidos no son tan densos como Mercurio se basa solo en elementos. Venus es #2, La Tierra es # 3, seguido por Marte, algunos asteroides, y luego la luna más interna de Júpiter: Io.
las Densidades de los diferentes cuerpos del Sistema Solar. Observe la relación entre la densidad y la distancia… desde el sol, la similitud de Tritón con Plutón, y cómo incluso los satélites de Júpiter, desde Io hasta Calisto, varían en densidad tan tremendamente.,
Karim Khaidarov
pero no es solo la composición de la materia prima de un mundo lo que determina su densidad. También está el tema de la compresión gravitacional, que tiene un mayor efecto para los mundos cuanto más grandes son sus masas. Esto es algo de lo que hemos aprendido mucho al estudiar planetas más allá de nuestro propio Sistema Solar, ya que nos han enseñado cuáles son las diferentes categorías de exoplanetas. Eso nos ha permitido inferir qué procesos físicos están en juego que conducen a los mundos que observamos.,
si estás por debajo de dos masas terrestres, vas a ser un planeta rocoso, similar a la tierra, con planetas de mayor masa que experimentan más compresión gravitacional. Por encima de eso, comienzas a aferrarte a una envoltura gaseosa de materia, que «sopla» tu mundo y deja caer su densidad tremendamente a medida que subes en masa, explicando por qué Saturno es el planeta menos denso. Por encima de otro umbral, la compresión gravitacional toma la delantera de nuevo; Saturno es el 85% del tamaño físico de Júpiter, pero solo un tercio de la masa., Y más allá de otro umbral, la fusión nuclear se enciende, transformando un futuro planeta en una estrella.
La mejor basada en la evidencia esquema de clasificación de los planetas es para categorizarlos como rocky,… Neptuno, Júpiter o estelar. Tenga en cuenta que la ‘línea’ que siguen los planetas hasta que alcanzan ~2 masas de la Tierra siempre permanece por debajo de todos los otros mundos en la carta cuando se continúa la extrapolación.,
Chen and Kipping, 2016, via https://arxiv.org/pdf/1603.08614v2.pdf
Si tuviéramos un mundo como Júpiter que estuviera lo suficientemente cerca del sol, su atmósfera sería despojada, revelando un núcleo que sin duda sería más denso que cualquiera de los planetas de nuestro Sistema Solar hoy en día. Los elementos más densos y pesados siempre se hunden en el núcleo durante la formación del planeta, y la gravitación comprime ese núcleo para ser aún más denso de lo que habría sido de otra manera. Pero no tenemos tal mundo en nuestro patio trasero.,
en cambio, solo tenemos un planeta terrestre rocoso relativamente pesado: La Tierra, el mundo Más pesado de nuestro sistema Solar sin una gran envoltura gaseosa. Debido al poder de su propia gravitación, la Tierra está comprimida en un pequeño porcentaje sobre lo que su densidad habría sido sin tanta masa. La diferencia es suficiente para superar el hecho de que está hecho de elementos más ligeros en general que el mercurio (en algún lugar entre el 2-5%) para hacerlo alrededor del 2% más denso que el mercurio en general.,
al mejor de nuestro conocimiento y con las mejores medidas a nuestro alcance, hemos determinado que… La tierra es el planeta más denso de todos en el sistema Solar: alrededor de 2% más denso que Mercurio y alrededor de 5% más denso que Venus. Ningún otro planeta, luna, o incluso asteroide se acerca.
NASA
Si los elementos de los que estás hecho fueran la única métrica que importaba para la densidad, entonces Mercurio sería el planeta más denso del Sistema Solar sin duda., Sin un océano o atmósfera de baja densidad, y hecho de elementos más pesados en la Tabla periódica (en promedio) que cualquier otro objeto en nuestro vecindario, se llevaría el pastel. Y sin embargo, la Tierra, casi tres veces más distante del Sol, hecha de materiales más ligeros, y con una atmósfera sustancial, chilla hacia adelante con una densidad 2% mayor.
La explicación? La Tierra tiene suficiente masa que su autocompresión debido a la gravitación es significativa: casi tan significativa como se puede obtener antes de comenzar a aferrarse a una envoltura grande y volátil de gases., La Tierra está más cerca de ese límite que cualquier otra cosa en nuestro sistema Solar, y la combinación de su composición relativamente densa y su enorme auto-gravedad, ya que somos 18 veces más masivos que Mercurio, nos coloca solos como el objeto más denso de nuestro Sistema Solar.