C’Est Pourquoi la Terre, Étonnamment, Est Le plus Dense de l’Objet Dans Notre Système Solaire

De toutes les planètes, planètes naines, des lunes, des astéroïdes et plus dans le Système Solaire, un seul objet peut être les plus denses. Vous pourriez penser, sur la base du fait que la gravitation est un processus emballement qui se construit sur elle-même à un degré de plus en plus grand, que les objets les plus massifs de toutes choses comme Jupiter ou même Le Soleil seraient les plus denses, mais ils sont moins d’un quart de la densité de la Terre.,

vous pourriez prendre une voie différente, et penser que les mondes qui sont faits de la plus grande proportion des éléments les plus lourds seraient les plus denses, aussi. Si tel était le cas, cependant, Mercure serait le monde le plus dense, et ce n’est pas le cas. au contraire, de tous les grands objets connus dans le système solaire, la Terre est le plus dense de tous. Voici la science surprenante du pourquoi.

La densité est l’une des propriétés non fondamentales les plus simples de la matière que vous pouvez imaginer. Chaque objet qui existe, du microscopique à l’astronomique, a une certaine quantité d’énergie au repos intrinsèque: ce que nous appelons communément la masse. Ces objets occupent également un espace donné en trois dimensions: ce que nous connaissons comme volume. La densité n’est que le rapport de ces deux propriétés: la masse d’un objet divisée par son volume.

notre système solaire lui-même a été formé quelque 4.,Il y a 5 milliards d’années, la façon dont tous les systèmes solaires se forment: à partir d’un nuage de gaz dans une région de formation d’étoiles qui s’est contractée et s’est effondrée sous sa propre gravité. Récemment, grâce à des observatoires comme ALMA (the Atacama Large Millimeter/submillimetre Array), nous avons pu pour la première fois imaginer et analyser directement les disques protoplanétaires qui se forment autour de ces étoiles nouveau-nées.

Certaines des caractéristiques d’une image comme celle-ci sont frappantes. Vous pouvez voir un grand disque étendu autour d’une étoile nouvellement en formation: le matériau qui donnera naissance à des planètes, des lunes, des astéroïdes, une ceinture externe (semblable à Kuiper), etc. Vous pouvez voir des lacunes dans le disque: des endroits où des objets massifs comme des planètes se forment déjà., Vous pouvez voir un gradient de température à code couleur, où les régions intérieures sont plus chaudes et les régions extérieures sont plus froides.

Mais ce que vous ne pouvez pas voir à partir d’une image comme c’est la présence et l’abondance des différents types de matériaux. Alors que des molécules complexes et même des composés organiques se trouvent dans des systèmes tels que celui-ci, il existe trois effets importants qui fonctionnent tous ensemble pour déterminer quels éléments se retrouvent dans quels endroits du système solaire.,

Le premier facteur est la gravitation, qui est toujours une force d’attraction., Dans un disque de matière composé de minuscules particules, celles qui sont plus proches de l’intérieur du disque tourneront autour du centre du système solaire à des vitesses légèrement plus élevées que celles légèrement plus éloignées, provoquant des collisions entre les particules lorsqu’elles se croisent dans cette danse orbitale.

lorsque des particules légèrement plus grandes se sont déjà formées, ou lorsque des particules plus petites se collent ensemble pour former des particules plus grandes, la force gravitationnelle devient légèrement plus grande, car une région trop dense attire préférentiellement de plus en plus de la masse environnante., Sur des milliers à des millions à des dizaines de millions d’années, cela conduira à la formation d’emballement des planètes aux endroits où il est arrivé d’accumuler le plus de masse dans un endroit le plus rapide.

le deuxième facteur est la température de l’étoile centrale qui évolue de sa pré-naissance en tant que nuages moléculaires à sa phase de proto-étoile jusqu’à sa longue vie en tant qu’étoile à part entière. Dans la région intérieure la plus proche de l’étoile, seuls les éléments les plus lourds de tous peuvent survivre, car tout le reste est trop léger pour être détruit par la chaleur intense et le rayonnement. Les planètes les plus intérieures seront faites de métaux seuls.,

En dehors de cela, il y a une ligne de gel (sans glaces volatiles à l’intérieur mais avec des glaces volatiles au-delà), où nos planètes terrestres se sont toutes formées à l’intérieur de la ligne de gel. Bien que ces lignes soient intéressantes, elles nous apprennent également qu’il existe un gradient de matière qui se forme dans le système solaire: les éléments les plus lourds se trouvent dans la proportion la plus élevée la plus proche de l’étoile centrale, tandis que les éléments les plus lourds sont moins abondants plus loin.

et le troisième et dernier élément est qu’il y a une danse gravitationnelle complexe qui se déroule au fil du temps. Les planètes migrent. Les étoiles chauffent, et les glaces sont dépouillées là où elles étaient autorisées une fois auparavant. Les planètes qui peuvent avoir orbité autour de notre étoile à des stades antérieurs peuvent être éjectées, projetées dans le soleil ou déclenchées pour entrer en collision et/ou fusionner avec d’autres mondes.,

et si vous vous approchez trop de l’étoile ancrant votre système solaire, les couches externes de l’atmosphère de l’étoile peuvent fournir suffisamment de friction pour déstabiliser votre orbite, en spirale dans l’étoile centrale elle-même. En regardant notre système solaire aujourd’hui, 4,5 milliards d’années après la formation du tout, nous pouvons conclure beaucoup de choses sur ce que les choses ont dû être dans les premiers stades. Nous pouvons dresser un tableau général de ce qui s’est passé pour créer les choses telles qu’elles sont aujourd’hui.,

Mais il ne nous reste que les survivants., Ce que nous voyons suit un schéma général qui est très cohérent avec l’idée que nos huit planètes se sont formées à peu près dans l’ordre dans lequel elles se trouvent aujourd’hui: Mercure Comme monde le plus intérieur, suivi de Vénus, de la Terre, de Mars, de la ceinture d’astéroïdes, puis des quatre géantes gazeuses chacune avec leur propre système lunaire,

Si tout était basé uniquement sur les éléments qui les composent, Mercure serait la planète la plus dense. Mercure a une proportion plus élevée d’éléments qui sont plus élevés sur le tableau périodique par rapport à tout autre monde connu dans le système solaire., Même les astéroïdes qui ont fait bouillir leurs glaces volatiles ne sont pas aussi denses que mercure ne repose que sur des éléments. Vénus est # 2, La Terre est #3, suivie de Mars, de certains astéroïdes, puis de la Lune La plus intérieure de Jupiter: Io.

Mais ce n’est pas seulement la composition des matières premières d’un monde qui détermine sa densité. Il y a aussi la question de la compression gravitationnelle, qui a un effet plus important pour les mondes plus leurs masses sont grandes. C’est quelque chose que nous avons beaucoup appris en étudiant les planètes au-delà de notre propre système solaire, car elles nous ont appris quelles sont les différentes catégories d’exoplanètes. Cela nous a permis de déduire quels processus physiques sont en jeu qui mènent aux mondes que nous observons.,

Si vous êtes en dessous d’environ deux masses terrestres, vous allez être une planète rocheuse, semblable à la terre, avec des planètes de plus grande masse subissant plus de compression gravitationnelle. Au-dessus de cela, vous commencez à vous accrocher à une enveloppe gazeuse de matière, qui « gonfle » votre monde et diminue énormément sa densité à mesure que vous montez en masse, expliquant pourquoi Saturne est la planète la moins dense. Au-dessus d’un autre seuil, la compression gravitationnelle reprend la tête; Saturne a 85% de la taille physique de Jupiter, mais seulement un tiers de la masse., Et au-delà d’un autre seuil, la fusion nucléaire s’enflamme, transformant une planète potentielle en étoile.

Si nous avions un monde comme Jupiter qui était assez proche du Soleil, de l’atmosphère serait dépouillé, révélant un noyau qui serait certainement plus dense que toutes les planètes de notre Système Solaire aujourd’hui. Les éléments les plus denses et les plus lourds coulent toujours vers le noyau pendant la formation de la planète, et la gravitation comprime ce noyau pour qu’il soit encore plus dense qu’il ne l’aurait été autrement. Mais nous n’avons pas un tel monde dans notre arrière-cour.,

Au Lieu de cela, nous avons juste une planète terrestre rocheuse relativement lourde: la Terre, le monde le plus lourd de notre système solaire sans une grande enveloppe gazeuse. En raison de la puissance de sa propre gravitation, la Terre est comprimée de quelques pour cent par rapport à ce que sa densité aurait été sans autant de masse. La différence est suffisante pour surmonter le fait qu’il est fait d’éléments plus légers dans l’ensemble que le mercure est (quelque part entre 2-5%) pour le rendre environ 2% plus dense que le mercure dans l’ensemble.,

Si les éléments dont vous étiez fait étaient la seule métrique qui comptait pour la densité, alors Mercure serait sans aucun doute la planète la plus dense du système solaire., Sans un océan ou une atmosphère de faible densité, et fabriqué à partir d’éléments plus lourds sur le tableau périodique (en moyenne) que tout autre objet dans notre quartier, il prendrait le gâteau. Et pourtant, la terre, presque trois fois plus éloignée du soleil, faite de matériaux plus légers, et avec une atmosphère substantielle, grincent devant avec une densité 2% plus grande.

L’explication? La terre a suffisamment de masse pour que son auto-compression due à la gravitation soit significative: presque aussi importante que vous pouvez l’obtenir avant de commencer à vous accrocher à une grande enveloppe volatile de gaz., La Terre est plus proche de cette limite que toute autre chose dans notre système solaire, et la combinaison de sa composition relativement dense et de son énorme auto-gravité, car nous sommes 18 fois plus massifs que Mercure, nous place seul en tant qu’objet le plus dense de notre système solaire.