Daarom is de aarde, verrassend genoeg, het dichtste Object in ons zonnestelsel

van alle planeten, dwergplaneten, manen, asteroïden en meer in het zonnestelsel, kan slechts één object de dichtste zijn. Je zou kunnen denken, gebaseerd op het feit dat zwaartekracht een op hol geslagen proces is dat alleen maar op zichzelf bouwt in een steeds grotere mate, dat de meest massieve objecten van alle dingen zoals Jupiter of zelfs de zon het dichtst zouden zijn, maar ze zijn minder dan een kwart van de dichtheid van de aarde.,

je zou een andere route kunnen gaan, en denken dat de werelden die gemaakt zijn uit het grootste deel van de zwaarste elementen ook de dichtste zouden zijn. Als dat het geval zou zijn, zou Mercurius de dichtste wereld zijn, en dat is het niet. in plaats daarvan, van alle grote objecten die bekend zijn in het zonnestelsel, is de aarde de dichtste van allemaal. Hier is de verrassende wetenschap waarom.

dichtheid is een van de eenvoudigste niet-fundamentele eigenschappen van materie die je je kunt voorstellen. Elk object dat bestaat, van microscopisch tot astronomisch, heeft een bepaalde hoeveelheid energie-in-rust inherent aan het: wat we gewoonlijk massa noemen. Deze objecten nemen ook een bepaalde hoeveelheid ruimte in in drie dimensies: wat we kennen als volume. Dichtheid is gewoon de verhouding van deze twee eigenschappen: de massa van een object gedeeld door zijn volume.

ons zonnestelsel zelf werd gevormd ongeveer 4.,5 miljard jaar geleden de manier waarop alle zonnestelsels worden gevormd: uit een gaswolk in een stervormende regio die samentrekte en instortte onder zijn eigen zwaartekracht. Dankzij observatoria zoals Alma (De Atacama Large Millimeter/submillimetre Array) konden we de protoplanetaire schijven die zich voor het eerst rond deze pasgeboren sterren vormen, direct in beeld brengen en analyseren.

sommige kenmerken van een afbeelding als deze zijn opvallend. Je ziet een grote, uitgestrekte schijf rond een nieuw vormende ster: het materiaal dat planeten, manen, asteroïden, een buitenste (Kuiperachtige) gordel, enz. zal doen ontstaan. Je kunt gaten in de schijf zien: locaties waar zich al massieve objecten zoals planeten vormen., Je kunt een kleurgecodeerde temperatuurgradiënt zien, waar de binnengebieden warmer zijn en de buitengebieden kouder.

maar wat je niet visueel kunt zien van een afbeelding zoals deze is de aanwezigheid en overvloed van de verschillende soorten materialen. Terwijl complexe moleculen en zelfs organische verbindingen worden gevonden in systemen zoals deze, zijn er drie belangrijke effecten die allemaal samenwerken om te bepalen welke elementen eindigen op welke locaties in het zonnestelsel dat resulteert.,

de eerste factor is de zwaartekracht, die altijd een aantrekkelijke kracht is., In een schijf van materie die bestaat uit kleine deeltjes, zullen degenen die dichter bij het binnenste van de schijf zijn, met iets hogere snelheden rond het centrum van het zonnestelsel draaien dan degenen die iets verder weg zijn, waardoor botsingen ontstaan tussen deeltjes die elkaar passeren in deze baandans.

waar al iets grotere deeltjes zijn gevormd, of waar kleinere deeltjes aan elkaar plakken om grotere deeltjes te vormen, wordt de gravitatiekracht iets groter, omdat een overdense regio bij voorkeur meer en meer van de omringende massa aantrekt., Over duizenden tot miljoenen tot tientallen miljoenen jaren, zal dit leiden tot de op hol geslagen vorming van planeten op de locaties die toevallig de meeste massa op één locatie het snelst opbouwen.

de tweede factor is de temperatuur van de centrale ster die zich ontwikkelt van zijn voorgeboorte als moleculaire wolken via zijn fase als een proto-ster tot zijn lange levensduur als een volwaardige ster. In het gebied dat het dichtst bij de ster ligt, kunnen alleen de zwaarste elementen overleven, omdat al het andere te licht is dat het uit elkaar wordt gestraald door de intense hitte en straling. De meest-interieur planeten zullen worden gemaakt van metalen alleen.,

buiten dat, is er een vorstlijn (met geen vluchtige ices binnen dat, maar met vluchtige ices achter dat), waar onze aardse planeten allemaal gevormd binnen de vorstlijn. Hoewel deze lijnen interessant zijn, leert het ons ook dat er een gradiënt van materiaal vormt in het zonnestelsel: de zwaarste elementen worden gevonden in de hoogste verhouding dicht bij de centrale ster, terwijl de zwaardere elementen minder overvloedig verder weg zijn.

en het derde en laatste element is dat er een ingewikkelde gravitationele dans is die in de loop van de tijd plaatsvindt. Planeten migreren. Sterren warmen op, en ijs wordt verwijderd waar ze ooit waren toegestaan. Planeten die in eerdere stadia rond onze ster hebben gedraaid, kunnen worden uitgeworpen, in de zon worden geschoten, of worden geactiveerd om te botsen met en/of samen te smelten met andere werelden.,

en als je te dicht bij de ster komt die je zonnestelsel verankert, kunnen de buitenste lagen van de atmosfeer van de ster genoeg wrijving leveren om ervoor te zorgen dat je baan destabiliseert, spiraalsgewijs in de centrale ster zelf. Als we kijken naar ons zonnestelsel vandaag, 4,5 miljard jaar na de vorming van het hele ding, kunnen we een heleboel dingen concluderen over hoe de dingen in de vroege stadia moeten zijn geweest. We kunnen een algemeen beeld samenstellen van wat er gebeurde om dingen te creëren zoals ze nu zijn.,

maar alles wat we nog hebben zijn de overlevenden., Wat we zien volgt een algemeen patroon dat zeer consistent is met het idee dat onze acht planeten gevormd zijn in ongeveer de volgorde waarin ze zich nu bevinden: Mercurius als de binnenste wereld, gevolgd door Venus, Aarde, Mars, de asteroïdengordel, dan de vier gasreuzen elk met hun eigen maansysteem, de Kuipergordel, en uiteindelijk de Oortwolk.

als alles puur gebaseerd was op de elementen waaruit ze bestaan, zou Mercurius de dichtste planeet zijn. Mercurius heeft een groter aandeel van elementen die hoger zijn op het periodiek systeem in vergelijking met elke andere bekende wereld in het zonnestelsel., Zelfs de asteroïden die hun vluchtige ijs hebben laten afkoken zijn niet zo dicht als kwik is gebaseerd op elementen alleen. Venus is # 2, aarde is # 3, gevolgd door Mars, enkele asteroïden, en dan Jupiters binnenste maan: Io.

maar het is niet alleen de samenstelling van grondstoffen van een wereld die de dichtheid ervan bepaalt. Er is ook de kwestie van gravitatiecompressie, die een groter effect heeft voor werelden hoe groter hun massa is. Dit is iets waar we veel over hebben geleerd door planeten buiten ons eigen zonnestelsel te bestuderen, omdat ze ons hebben geleerd wat de verschillende categorieën exoplaneten zijn. Daardoor kunnen we afleiden welke fysieke processen spelen die leiden naar de werelden die we waarnemen.,

als je onder ongeveer twee aardse massa ‘ s zit, ben je een rotsachtige, aardse planeet, met planeten met een grotere massa die meer gravitatiecompressie ervaren. Boven dat, begin je vast te houden aan een gasvormige omhulsel van materie, die je wereld “puffs” en haar dichtheid enorm daalt als je in massa omhoog gaat, wat verklaart waarom Saturnus de minst dichte planeet is. Boven een andere drempel neemt de gravitatiecompressie weer de leiding; Saturnus is 85% van de fysieke grootte van Jupiter, maar slechts een derde van de massa., En voorbij een andere drempel ontbrandt kernfusie… en transformeert een planeet in een ster.

als we een wereld als Jupiter hadden die dicht genoeg bij de zon stond, zou zijn atmosfeer worden verwijderd, wat een kern zou onthullen die zeker dichter zou zijn dan alle planeten in ons zonnestelsel vandaag. De dichtste, zwaarste elementen zinken altijd naar de kern tijdens de vorming van de planeet, en zwaartekracht comprimeert die kern nog dichter dan het anders zou zijn geweest. Maar zo ‘ n wereld hebben we niet in onze achtertuin.,

in plaats daarvan hebben we gewoon een relatief zware rotsachtige, aardse planeet: de aarde, de zwaarste wereld in ons zonnestelsel zonder een groot gasvormig omhulsel. Door de kracht van zijn eigen zwaartekracht, is de aarde gecomprimeerd met een paar procent meer dan zijn dichtheid zou zijn geweest zonder zoveel massa. Het verschil is genoeg om het feit te overwinnen dat het is gemaakt van lichtere elementen in het algemeen dan kwik is (met ergens tussen 2-5%) om het ongeveer 2% dichter dan kwik in het algemeen.,

als de elementen waaruit je gemaakt bent de enige metriek waren die telde voor dichtheid, dan zou Mercurius zonder twijfel de dichtste planeet in het zonnestelsel zijn., Zonder een lage dichtheid oceaan of atmosfeer, en gemaakt van zwaardere elementen op het periodiek systeem (gemiddeld) dan enig ander object in onze buurt, het zou de taart te nemen. En toch piept de aarde, bijna drie keer zo ver van de zon, gemaakt van lichtere materialen, en met een substantiële atmosfeer, vooruit met een 2% grotere dichtheid.

de uitleg? De aarde heeft genoeg massa dat de zelf-compressie door zwaartekracht significant is: bijna net zo significant als je kunt krijgen voordat je begint te hangen aan een grote, vluchtige omhulsel van gassen., De aarde is dichter bij die limiet dan wat dan ook in ons zonnestelsel, en de combinatie van zijn relatief dichte samenstelling en zijn enorme eigen zwaartekracht, omdat we 18 keer zo massief zijn als Mercurius, plaatst ons alleen als het dichtste object in ons zonnestelsel.