Gli otto pianeti del nostro Sistema solare e del nostro Sole, in scala di dimensioni ma non in termini orbitali… distanza. Si noti che questi sono gli unici otto oggetti che soddisfano tutti e tre i criteri planetari stabiliti dalla IAU e che orbitano attorno al Sole a pochi gradi dello stesso piano l’uno dell’altro.,
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Di tutti i pianeti, pianeti nani, lune, asteroidi e altro nel Sistema Solare, solo un oggetto può essere il più denso. Si potrebbe pensare, basandosi sul fatto che la gravitazione è un processo di fuga che si costruisce su se stesso in misura sempre maggiore, che gli oggetti più massicci di tutte le cose come Giove o anche il Sole sarebbero più densi, ma sono meno di un quarto della densità della Terra.,
Potresti seguire una strada diversa e pensare che i mondi che sono fatti dalla maggior parte degli elementi più pesanti sarebbero anche i più densi. Se così fosse, tuttavia, Mercurio sarebbe il mondo più denso, e non lo è. Invece, di tutti i grandi oggetti che sono noti nel Sistema Solare, la Terra è il più denso di tutti. Ecco la sorprendente scienza del perché.
Un confronto dei pianeti nel Sistema Solare per dimensione. Il raggio della Terra è solo il 5% più grande di… Venere, ma Urano e Nettuno hanno quattro volte il raggio del nostro mondo.,
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La densità è una delle più semplici proprietà non fondamentali della materia che si possa immaginare. Ogni oggetto che esiste, dal microscopico all’astronomico, ha una certa quantità di energia a riposo intrinseca ad esso: ciò che comunemente chiamiamo massa. Questi oggetti occupano anche una data quantità di spazio in tre dimensioni: ciò che conosciamo come volume. La densità è solo il rapporto di queste due proprietà: la massa di un oggetto divisa per il suo volume.
Il nostro sistema solare stesso è stato formato circa 4.,5 miliardi di anni fa il modo in cui si formano tutti i sistemi solari: da una nube di gas in una regione di formazione stellare che si contrae e collassa sotto la propria gravità. Recentemente, grazie ad osservatori come ALMA (l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), siamo stati in grado di fotografare e analizzare direttamente i dischi protoplanetari che si formano attorno a queste stelle appena nate per la prima volta.
Il disco protoplanetario attorno alla giovane stella, HL Tauri, come fotografato da ALMA. Le lacune nel…, il disco indica la presenza di nuovi pianeti, mentre le misurazioni spettroscopiche rivelano un gran numero e una diversità di composti organici contenenti carbonio.
ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Alcune delle caratteristiche di un’immagine come questa sono sorprendenti. Puoi vedere un grande disco esteso attorno a una stella di nuova formazione: il materiale che darà origine a pianeti, lune, asteroidi, una cintura esterna (simile a Kuiper), ecc. Puoi vedere le lacune nel disco: posizioni in cui oggetti massicci come i pianeti si stanno già formando., È possibile vedere un gradiente di temperatura con codice colore, in cui le regioni interne sono più calde e le regioni esterne sono più fredde.
Ma ciò che non si può vedere visivamente da un’immagine come questa è la presenza e l’abbondanza dei diversi tipi di materiali. Mentre molecole complesse e anche composti organici si trovano in tutti i sistemi come questo, ci sono tre importanti effetti che tutti lavorano insieme per determinare quali elementi finiscono in quali posizioni nel sistema solare che risulta.,
Illustrazione di un disco protoplanetario, dove i pianeti e i planetesimi si formano per primi, creando… ‘lacune’ nel disco quando lo fanno. Non appena la proto-stella centrale diventa abbastanza calda, inizia a soffiare via gli elementi più leggeri dai sistemi protoplantari circostanti. Un pianeta come Giove o Saturno ha abbastanza gravità per trattenere gli elementi più leggeri come idrogeno ed elio, ma un mondo di massa inferiore come la Terra non lo fa.
NAOJ
Il primo fattore è la gravitazione, che è sempre una forza attraente., In un disco di materia costituito da minuscole particelle, quelle che sono più vicine all’interno del disco ruoteranno attorno al centro del sistema solare a velocità leggermente più elevate di quelle leggermente più lontane, causando collisioni tra particelle mentre si passano l’un l’altro in questa danza orbitale.
Dove particelle leggermente più grandi si sono già formate, o dove particelle più piccole si uniscono per formare quelle più grandi, la forza gravitazionale diventa leggermente più grande, poiché avere una regione di overdense attira preferenzialmente sempre più della massa circostante., Nel corso di migliaia a milioni a decine di milioni di anni, questo porterà alla formazione in fuga di pianeti in qualsiasi località è successo ad accumulare la maggior massa in una posizione il più veloce.
Uno schema di un disco protoplanetario, che mostra le linee di fuliggine e gelo. Per una stella come il Sole,… le stime mettono la linea di gelo a circa tre volte la distanza iniziale Terra-Sole, mentre la linea di fuliggine è significativamente più in. La posizione esatta di queste linee nel passato del nostro Sistema solare è difficile da definire.,
NASA/JPL-Caltech, annonazioni di Invader Xan
Il secondo fattore è la temperatura della stella centrale mentre si evolve dalla sua pre-nascita come nubi molecolari attraverso la sua fase come proto-stella alla sua lunga vita come stella a tutti gli effetti. Nella regione interna più vicina alla stella, solo gli elementi più pesanti di tutti possono sopravvivere, poiché tutto il resto è troppo leggero da essere fatto saltare a pezzi dall’intenso calore e dalle radiazioni. I pianeti più interni saranno fatti solo di metalli.,
Al di fuori di ciò, c’è una linea di gelo (senza ghiacci volatili interni a quello, ma con ghiacci volatili oltre quello), dove i nostri pianeti terrestri si sono formati tutti all’interno della linea di gelo. Mentre queste linee sono interessanti, ci insegna anche che c’è un gradiente di materiale che si forma nel sistema solare: gli elementi più pesanti si trovano nella proporzione più alta più vicina alla stella centrale, mentre gli elementi più pesanti sono meno abbondanti più lontani.
Mentre i sistemi solari evolvono in generale, i materiali volatili vengono evaporati, i pianeti accretano materia,…, i planetesimi si fondono insieme o interagiscono gravitazionalmente ed espellono i corpi, e le orbite migrano in configurazioni stabili. I pianeti giganti gassosi possono dominare gravitazionalmente le dinamiche del nostro Sistema Solare, ma i pianeti interni e rocciosi sono dove sta accadendo tutta la biochimica interessante, per quanto ne sappiamo. In altri sistemi solari, la storia può essere molto diversa, a seconda di dove i vari pianeti e lune finiscono per migrare.,
Wikimedia Commons utente AstroMark
E il terzo e ultimo elemento è che c’è un’intricata danza gravitazionale che si svolge nel tempo. I pianeti migrano. Le stelle si riscaldano e i ghiacci vengono spogliati dove prima erano autorizzati. I pianeti che potrebbero aver orbitato intorno alla nostra stella in fasi precedenti possono essere espulsi, sparati nel Sole o innescati in collisione con e/o fondersi con altri mondi.,
E se ti avvicini troppo alla stella che ancorano il tuo sistema solare, gli strati esterni dell’atmosfera della stella possono fornire abbastanza attrito da causare la destabilizzazione della tua orbita, a spirale nella stella centrale stessa. Guardando il nostro Sistema solare oggi, 4,5 miliardi di anni dopo che l’intera cosa si è formata, possiamo concludere un sacco di cose su come dovevano essere le cose nelle prime fasi. Possiamo mettere insieme un quadro generale di ciò che è accaduto per creare le cose come sono oggi.,
Un’illustrazione di come potrebbe apparire una sinestia: un anello gonfio che circonda un pianeta… a seguito di un impatto di grande momento angolare ad alta energia. Ora si pensa che la nostra Luna sia stata formata da una collisione precoce con la Terra che ha creato un tale fenomeno.
Sarah Stewart/UC Davis/NASA
Ma tutto quello che ci rimane sono i sopravvissuti., Quello che vediamo segue uno schema generale che è molto coerente con l’idea che i nostri otto pianeti si siano formati approssimativamente nell’ordine in cui si trovano oggi: Mercurio come mondo più interno, seguito da Venere, Terra, Marte, la fascia degli asteroidi, poi i quattro giganti gassosi ognuno con il proprio sistema lunare, la fascia di Kuiper e infine la nube di Oort.
Se tutto fosse basato esclusivamente sugli elementi che li compongono, Mercurio sarebbe il pianeta più denso. Mercurio ha una percentuale maggiore di elementi che sono più alti sulla tavola periodica rispetto a qualsiasi altro mondo conosciuto nel Sistema solare., Anche gli asteroidi che hanno fatto bollire i loro ghiacci volatili non sono così densi come il Mercurio si basa solo sugli elementi. Venere è # 2, la Terra è #3, seguita da Marte, alcuni asteroidi, e poi la luna più interna di Giove: Io.
Densità di vari corpi nel Sistema Solare. Si noti la relazione tra densità e distanza… dal Sole, la somiglianza di Tritone con Plutone, e come anche i satelliti di Giove, da Io a Callisto, variano in densità così tremendamente.,
Karim Khaidarov
Ma non è solo la composizione della materia prima di un mondo che determina la sua densità. C’è anche il problema della compressione gravitazionale, che ha un effetto maggiore per i mondi più grandi sono le loro masse. Questo è qualcosa su cui abbiamo imparato molto studiando i pianeti oltre il nostro Sistema Solare, poiché ci hanno insegnato quali sono le diverse categorie di esopianeti. Questo ci ha permesso di dedurre quali processi fisici sono in gioco che portano ai mondi che osserviamo.,
Se sei al di sotto di circa due masse terrestri, sarai un pianeta roccioso, simile a quello terrestre, con pianeti di massa maggiore che sperimentano una maggiore compressione gravitazionale. Sopra di ciò, inizi a rimanere appeso a un involucro gassoso di materia, che “sbuffa” il tuo mondo e fa cadere la sua densità tremendamente mentre sali in massa, spiegando perché Saturno è il pianeta meno denso. Al di sopra di un’altra soglia, la compressione gravitazionale riprende il comando; Saturno è l ‘ 85% della dimensione fisica di Giove, ma solo un terzo della massa., E oltre un’altra soglia, la fusione nucleare si accende, trasformando un aspirante pianeta in una stella.
Il miglior schema di classificazione basato sull’evidenza dei pianeti è classificarli come rocciosi,… Come Nettuno, come Giove o come stellare. Si noti che la “linea” che i pianeti seguono fino a raggiungere ~2 masse terrestri rimane sempre al di sotto di tutti gli altri mondi sul grafico quando si continua l’estrapolazione.,
Chen and Kipping, 2016, via https://arxiv.org/pdf/1603.08614v2.pdf
Se avessimo un mondo come Giove abbastanza vicino al Sole, la sua atmosfera sarebbe stata spogliata, rivelando un nucleo che sarebbe certamente più denso di qualsiasi altro pianeta nel nostro Sistema solare oggi. Gli elementi più densi e pesanti affondano sempre al nucleo durante la formazione del pianeta, e la gravitazione comprime quel nucleo per essere ancora più denso di quanto non sarebbe stato altrimenti. Ma non abbiamo un mondo del genere nel nostro cortile.,
Invece, abbiamo solo un pianeta roccioso relativamente pesante: la Terra, il mondo più pesante del nostro Sistema solare senza un grande involucro gassoso. A causa del potere della sua stessa gravitazione, la Terra è compressa di una piccola percentuale su quella che sarebbe stata la sua densità senza tanta massa. La differenza è sufficiente per superare il fatto che è fatto di elementi più leggeri nel complesso di Mercurio (da qualche parte tra il 2-5%) per renderlo circa il 2% più denso del Mercurio nel complesso.,
Al meglio delle nostre conoscenze e con le migliori misurazioni a nostra disposizione, abbiamo determinato che… La Terra è il pianeta più denso di tutti nel sistema solare: circa il 2% più denso di Mercurio e circa il 5% più denso di Venere. Nessun altro pianeta, luna, o anche asteroide si avvicina.
NASA
Se gli elementi di cui sei stato fatto fossero l’unica metrica che contava per la densità, allora Mercurio sarebbe il pianeta più denso del Sistema Solare senza dubbio., Senza un oceano a bassa densità o atmosfera, e fatto di elementi più pesanti sulla tavola periodica (in media) rispetto a qualsiasi altro oggetto nel nostro quartiere, ci vorrebbe la torta. Eppure la Terra, quasi tre volte più distante dal Sole, fatta di materiali più leggeri e con un’atmosfera sostanziale, cigola avanti con una densità maggiore del 2%.
La spiegazione? La terra ha una massa sufficiente che la sua autocompressione dovuta alla gravitazione è significativa: quasi significativa come si può ottenere prima di iniziare a pendere su un grande involucro volatile di gas., La Terra è più vicina a quel limite di qualsiasi altra cosa nel nostro Sistema Solare, e la combinazione della sua composizione relativamente densa e della sua enorme auto-gravità, dato che siamo 18 volte più massicci di Mercurio, ci pone da soli come l’oggetto più denso del nostro Sistema Solare.