Dette Er Grunnen til Jorden, Overraskende, Er Den Tetteste Objektet I Vårt solsystem

Av alle planetene, dverg planeter, måner, asteroider og mer i solsystemet, bare ett objekt kan være den tetteste. Du kanskje tror, basert på det faktum at gravitasjon er en forrykende prosess som bare bygger på seg selv til et større og større grad, som den mest massive gjenstander av alle ting som Jupiter eller til og med Solen ville være tetteste, men de er mindre enn en fjerdedel tettheten av Jorden.,

Du kan gå en annen rute, og tror at de verdener som er laget av den største andelen av de tyngste elementene ville være den tetteste, også. Hvis dette var tilfellet, derimot, Kvikksølv ville være den tetteste verden, og det er det ikke. I stedet, av alle store objekter som er kjent i solsystemet, Jorden er den tetteste av alle. Her er de overraskende vitenskapen om hvorfor.

Tetthet er en av de enkleste ikke-grunnleggende egenskaper av saken du kan forestille deg. Ethvert objekt som eksisterer, fra mikroskopiske til astronomiske, har en viss mengde energi-på-resten egenverdi til det: det vi vanligvis kaller masse. Disse objektene også ta opp en gitt mengde plass i tre dimensjoner: hva vet vi, som volum. Tetthet er bare forholdet mellom disse to egenskaper: et legemes masse delt på volum.

Vårt solsystem seg ble dannet noen 4.,5 milliarder år siden veien alle solsystemer er dannet: fra en sky av gass i en stjerne-forming-regionen som avtalte og kollapset under sin egen gravitasjon. Nylig, takk til jorden slik som ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimetre Utvalg), vi har vært i stand til å direkte bilde og analysere protoplanetary disker som danner rundt disse nyfødte stjerner for første gang.

Noen av funksjonene på et bilde som dette er slående. Du kan se en stor, utvidet disk rundt en nylig forming star: materialet som vil gi opphav til planeter, måner, asteroider, en ytre (Kuiper-lignende) belte, etc. Du kan se hull i disken: steder hvor massive objekter som planetene er allerede forming., Du kan se et fargekodet temperaturgradient, der de indre regioner er varmere og ytre områder er kaldere.

Men hva du ikke kan visuelt se et bilde som dette er tilstedeværelse og overflod av forskjellige typer materialer. Mens komplekse molekyler og selv organiske forbindelser finnes i hele systemer som dette, er det tre viktige effekter som virker sammen for å finne ut hvilke elementer som vind opp i hvilke steder i solsystemet at resultatene.,

Den første faktoren er gravitasjon, som alltid er en attraktiv kraft., I en plate av materie består av små partikler, for de som er nærmere det indre av disken vil dreie seg om solsystemet center i litt høyere hastigheter enn de som er litt lenger ut, forårsaker kollisjoner mellom partikler som de passerer hverandre i denne orbital dans.

Hvor litt større partikler har allerede dannet, eller der det er mindre partiklene kleber seg sammen for å danne større, den gravitasjonskraft blir litt større, som å ha en overdense regionen fortrinnsvis tiltrekker seg flere og flere av de omkringliggende masse., Over tusen til flere millioner til titalls millioner av år, vil dette føre til runaway dannelsen av planeter på hvilken steder som skjedde for å generere mest mulig masse på ett sted den raskeste.

Den andre faktoren er temperaturen på den sentrale stjernen som den utvikler seg fra sin pre-fødsel som en molekylær skyer gjennom sin fase som en proto-stjerners sin lange liv som en fullverdig stjerne. I det indre området nærmest stjerne, bare de tyngste delene av alt kan overleve, som alt annet er for lett at det er sprengt i stykker av intens varme og stråling. De indre planetene vil bli gjort av metaller alene.,

Utsiden av det, det er en frost linje (med ingen flyktige ices interiør til det, men med flyktige ices utover det), hvor våre terrestriske planetene alle dannet inne i frost linje. Mens disse linjene er interessant, det er også lærer oss at det er en gradient i materialet som danner i solsystemet: de tyngste elementene som er funnet i den høyeste andelen som er nærmest den sentrale stjernen, mens de tyngre elementene er mindre rikelig lenger unna.

Og den tredje og siste element er at det er en intrikat gravitasjonsfelt dans som foregår over tid. Planeter migrere. Stjerner varme opp, og ices få strippet bort der hvor de fikk lov gang før. Planeter som kan ha gikk i bane rundt vår stjerne i tidligere stadier kan få kastet ut, skutt i Solen, eller utløst til å kollidere med og/eller sammenslåing med andre verdener.,

Og hvis du kommer for nær-stjerners forankring din solsystem, de ytre lagene av stjernen atmosfæren kan gi nok friksjon til å føre din orbit å destabilisere, spiral inn i den sentrale stjernen i seg selv. Se på vårt solsystem i dag, 4,5 milliarder år etter at det hele dannet, kan vi konkludere med en forferdelig mye av ting, om hva som må ha vært i tidlige stadier. Vi kan sette sammen et generelt bilde av hva som skjedde for å lage ting som de er i dag.,

Men alt vi har igjen er de overlevende., Hva ser vi følger et generelt mønster som er veldig i tråd med ideen om at våre åtte planetene dannet i omtrent den rekkefølgen de er i i dag: Kvikksølv som innerste verden, etterfulgt av Venus, Jorden, Mars, asteroidebeltet, så er de fire gass gigantene hver med sin egen måne-systemet, kuiperbelte, og på siste Oort skyen.

Hvis alt var utelukkende basert på de elementene som gjør dem opp, Kvikksølv ville være den tetteste planet. Kvikksølv har en høyere andel av elementer som er høyere på den periodiske tabellen i forhold til alle andre kjente verden i solsystemet., Selv asteroider som har hatt sin flyktige ices kokt av ikke er så tett som Kvikksølv er basert på elementer alene. Venus er #2, Jorden er #3, etterfulgt av Mars, noen asteroider, og deretter Jupiter ‘ s innerste månen: Io.

Men det er ikke bare rå-materialet sammensetningen av en verden som bestemmer dens tetthet. Det er også spørsmålet om gravitasjonsfelt komprimering, som har en større effekt for verdens jo større deres massene er. Dette er noe vi har lært mye om ved å studere planeter utenfor vårt eget solsystem, som de har lært oss hva de ulike kategoriene av exoplanet er. Det er tillatt oss å utlede hvilke fysiske prosesser som er på spill som fører til verdener vi observerer.,

Hvis du er under om to jordmassen, du kommer til å være en steinete, bakkenett-lignende planet, med større masse og planeter opplever mer gravitasjonsfelt komprimering. Over det, begynner du henger på en gassformig konvolutt av saken, som «puffs» din verden ut og mister sin tetthet enormt som du går opp i vekt, forklarer hvorfor Saturn er den minst tett planet. Over en annen terskel, gravitasjonsfelt kompresjon tar ledelsen igjen; Saturn er 85% den fysiske størrelsen på Jupiter, men bare en tredjedel av masse., Og utover annen terskel, kjernefysisk fusjon tenner, får du en som ønsker å være planeten i en stjerne.

Hvis vi hadde en verden som Jupiter som var nær nok til Solen, atmosfæren ville bli strippet bort, avslører en kjerne som ville sikkert være tettere enn noen av planetene i vårt solsystem i dag. Den tetteste, tyngste elementene alltid synke til kjernen i planet dannelse, og gravitasjon komprimerer at kjernen til å være enda tettere enn det ellers ville ha blitt. Men vi har ikke noen slik verden i vår bakgård.,

i Stedet, vi bare har en relativt tung steinete, terrestrial planet: Jorden, den tyngste verden i vårt solsystem uten en stor gassform konvolutt. På grunn av kraften av sin egen gravitasjon, Jorden er komprimert ved noen få prosent over hva dens tetthet ville ha vært uten så mye masse. Forskjellen er nok til å overvinne det faktum at den er laget av lettere elementer samlet enn Kvikksølv er (et sted mellom 2-5%) til å gjøre det om lag 2% tettere enn Kvikksølv totalt.,

Hvis elementene du var laget av, var den eneste verdien som betydde noe for tetthet, så Kvikksølv ville være den tetteste planeten i solsystemet uten tvil., Uten en lav tetthet havet eller i atmosfæren, og er laget av tyngre elementer på den periodiske tabellen (i gjennomsnitt) enn alle andre objekt i nabolaget vårt, ville det ta kaken. Og ennå Jorden, nesten tre ganger så langt fra Sola, laget av lette materialer, og med en betydelig atmosfære, knirking videre med en 2% større tetthet.

Den forklaringen? Jorden har nok masse som sin self-komprimering på grunn av gravitasjon er betydelig: nesten like betydelige som du kan få før du begynner å henge på en stor, flyktige konvolutt av gasser., Jorden er nærmere grensen enn noe annet sted i vårt solsystem, og kombinasjonen av relativt tett komposisjon og dens enorme self-gravity, som vi er 18 ganger så massiv som Kvikksølv, stiller oss alene, som den tetteste objektet i vårt solsystem.