osiem planet naszego Układu Słonecznego i naszego Słońca, skalując się wielkością, ale nie pod względem orbity… odległości. Zauważ, że jest to jedyne osiem obiektów, które spełniają wszystkie trzy kryteria planetarne określone przez IAU, i że krążą wokół Słońca w odległości zaledwie kilku stopni od tej samej płaszczyzny.,
użytkownik Wikimedia Commons WP
ze wszystkich planet, planet karłowatych, księżyców, Planetoid i innych w Układzie Słonecznym tylko jeden obiekt może być najgęstszy. Można by pomyśleć, opierając się na fakcie, że grawitacja jest procesem uciekającym, który opiera się na sobie w coraz większym stopniu, że najbardziej masywne obiekty, takie jak Jowisz czy nawet słońce, byłyby najgęstsze, ale są mniej niż jedna czwarta gęstości Ziemi.,
możesz pójść inną drogą i pomyśleć, że światy, które są wykonane z największej części najcięższych elementów, również byłyby najgęstsze. Gdyby tak było, Merkury byłby najgęstszym światem, a tak nie jest. zamiast tego, ze wszystkich dużych obiektów znanych w Układzie Słonecznym, Ziemia jest najgęstszym ze wszystkich. Oto zaskakująca nauka dlaczego.
porównanie planet w Układzie Słonecznym według wielkości. Promień Ziemi jest tylko 5% większy niż… Wenus, ale Uran i Neptun mają cztery razy większy promień niż nasz świat.,
Lsmpascal of Wikimedia Commons
gęstość jest jedną z najprostszych nietrywialnych właściwości materii, jaką można sobie wyobrazić. Każdy obiekt, który istnieje, od mikroskopijnego do astronomicznego, ma pewną ilość energii w spoczynku, która jest z nim nieodłączna: to, co powszechnie nazywamy masą. Obiekty te zajmują też określoną ilość miejsca w trzech wymiarach: co znamy jako objętość. Gęstość to tylko stosunek tych dwóch właściwości: masy obiektu podzielonej przez jego objętość.
nasz Układ Słoneczny powstał ok.,5 miliardów lat temu powstały wszystkie układy słoneczne: z obłoku gazu w regionie gwiazdotwórczym, który skurczył się i zapadł pod własną grawitacją. Ostatnio, dzięki obserwatoriom takim jak ALMA (Atacama Large Milimetre/submilimetre Array), udało nam się po raz pierwszy bezpośrednio obrazować i analizować dyski protoplanetarne, które tworzą się wokół tych nowo narodzonych gwiazd.jest to dysk protoplanetarny wokół młodej gwiazdy, HL Tauri, sfotografowanej przez Almę. Luki w….., dysk wskazuje na obecność nowych planet, podczas gdy pomiary spektroskopowe ujawniają dużą liczbę i różnorodność organicznych związków zawierających węgiel.
ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
niektóre cechy takiego obrazu są uderzające. Możesz zobaczyć duży, Rozszerzony dysk wokół nowo formującej się gwiazdy: materiał, który da początek planetom, księżycom, asteroidom, zewnętrznemu (przypominającemu Kuipera) pasowi itp. Możesz zobaczyć luki w Dysku: miejsca, w których tworzą się masywne obiekty, takie jak planety., Możesz zobaczyć kolorowy gradient temperatury, w którym wewnętrzne regiony są cieplejsze, a zewnętrzne zimniejsze.
ale to, czego nie widać wizualnie z takiego obrazu, to obecność i obfitość różnych rodzajów materiałów. Podczas gdy złożone cząsteczki, a nawet związki organiczne znajdują się w układach takich jak ten, istnieją trzy ważne efekty, które współpracują ze sobą, aby określić, które elementy kończą się w jakich miejscach w Układzie Słonecznym, co powoduje.,
ilustracja dysku protoplanetarnego, gdzie planety i planetozymale tworzą się jako pierwsze, tworząc… „luki” w Dysku, kiedy to robią. Gdy tylko centralna gwiazda rozgrzeje się wystarczająco, zaczyna zdmuchiwać najlżejsze elementy z otaczających układów protoplanetarnych. Planeta taka jak Jowisz lub Saturn ma wystarczająco dużo grawitacji, aby utrzymać najlżejsze pierwiastki, takie jak wodór i hel, ale świat o niższej masie, taki jak Ziemia, nie ma.
NAOJ
pierwszym czynnikiem jest grawitacja, która zawsze jest siłą przyciągającą., W Dysku materii składającym się z drobnych cząstek, te, które znajdują się bliżej wnętrza dysku, będą obracać się wokół centrum Układu Słonecznego z nieco większą prędkością niż te nieco dalej, powodując zderzenia między cząstkami, gdy mijają się nawzajem w tym orbitalnym tańcu.
tam, gdzie uformowały się już nieco większe cząstki, lub gdzie mniejsze cząstki przyklejają się do siebie, tworząc większe, Siła grawitacyjna staje się nieco większa, ponieważ nadmierny obszar preferencyjnie przyciąga coraz więcej otaczającej masy., W ciągu tysięcy do milionów do dziesiątek milionów lat, to doprowadzi do ucieczki formacji planet w którymkolwiek miejscu zdarzyło się zgromadzić największą masę w jednym miejscu najszybciej.
schemat dysku protoplanetarnego, pokazujący linie sadzy i mrozu. Dla Gwiazdy takiej jak słońce,… szacunki podają, że linia mrozu jest około trzy razy większa od początkowej odległości Ziemia-Słońce, podczas gdy linia sadzy jest znacznie dalej. Dokładne położenie tych linii w przeszłości naszego Układu Słonecznego jest trudne do ustalenia.,
NASA / JPL-Caltech, annonations by Invader Xan
drugim czynnikiem jest temperatura centralnej gwiazdy, która ewoluuje od jej przed narodzeniem jako obłok molekularny, przez fazę jako gwiazda proto, do jej długiego życia jako gwiazda pełnoprawna. W obszarze wewnętrznym najbliżej Gwiazdy, tylko najcięższe elementy mogą przetrwać, ponieważ wszystko inne jest zbyt lekkie, aby zostało rozerwane przez intensywne ciepło i promieniowanie. Najbardziej wewnętrzne planety będą wykonane z samych metali.,
poza tym znajduje się linia mrozu (bez lotnych lodów wewnątrz, ale z lotnymi lodami poza nią), gdzie nasze planety ziemskie tworzą się wewnątrz linii mrozu. Chociaż te linie są interesujące, to uczy nas również, że istnieje gradient materiału, który tworzy się w Układzie Słonecznym: najcięższe pierwiastki znajdują się w najwyższej proporcji najbliżej gwiazdy centralnej, podczas gdy cięższe pierwiastki są mniej obfite dalej.
ponieważ układy słoneczne ewoluują w ogóle, lotne materiały ulegają odparowaniu, planety akumulacji materii,…, planetozymale łączą się ze sobą lub oddziałują grawitacyjnie i wyrzucają ciała, a orbity migrują do stabilnych konfiguracji. Gazowe olbrzymy mogą dominować grawitacyjnie w dynamice naszego Układu Słonecznego, ale na wewnętrznych, skalistych planetach dzieje się cała interesująca biochemia, o ile wiemy. W innych układach słonecznych historia może być bardzo różna, w zależności od tego, gdzie migrują różne planety i księżyce.,
użytkownik Wikimedia Commons AstroMark
a trzecim i ostatnim elementem jest to, że istnieje skomplikowany taniec grawitacyjny, który odbywa się w czasie. Planety migrują. Gwiazdy nagrzewają się, a lody zostają rozebrane tam, gdzie już raz były dozwolone. Planety, które mogły orbitować wokół naszej Gwiazdy we wcześniejszych fazach, mogą zostać wyrzucone, wystrzelone w słońce lub wywołane zderzeniem z innymi światami lub połączeniem się z nimi.,
a jeśli zbliżysz się zbyt blisko gwiazdy zakotwiczającej układ słoneczny, zewnętrzne warstwy atmosfery gwiazdy mogą zapewnić wystarczające tarcie, aby spowodować destabilizację orbity, spiralę do samej gwiazdy centralnej. Patrząc dziś na nasz Układ Słoneczny, 4,5 miliarda lat po tym, jak wszystko się uformowało, możemy stwierdzić wiele rzeczy na temat tego, jakie rzeczy musiały być we wczesnych etapach. Możemy zebrać ogólny obraz tego, co się stało, aby stworzyć rzeczy takie, jakie są dzisiaj.,
ilustracja jak może wyglądać synestia: nadęty pierścień, który otacza planetę… po uderzeniu o dużą energię, duży moment pędu. Obecnie uważa się, że nasz Księżyc powstał w wyniku wczesnej kolizji z ziemią, która stworzyła takie zjawisko.
Sarah Stewart/UC Davis/NASA
ale wszystko co nam pozostało to ocaleni., To, co widzimy, podąża za ogólnym wzorcem, który jest bardzo zgodny z ideą, że nasze osiem planet uformowało się w mniej więcej takiej kolejności, w jakiej jest obecnie: Merkury jako najbardziej wewnętrzny świat, następnie Wenus, Ziemia, Mars, pas planetoid, następnie cztery gazowe olbrzymy, każdy z własnym systemem księżycowym, pas Kuipera i wreszcie obłok Oorta.
gdyby wszystko było oparte wyłącznie na składających je pierwiastkach, Merkury byłby najgęstszą planetą. Rtęć ma większy udział pierwiastków, które są wyższe w układzie okresowym w porównaniu do jakiegokolwiek innego znanego świata w Układzie Słonecznym., Nawet asteroidy, które miały swoje lotne lody nie są tak gęste, jak rtęć opiera się na samych pierwiastkach. Wenus jest # 2, Ziemia jest # 3, Następnie Mars, niektóre asteroidy, a następnie Jowisz najbardziej wewnętrzny księżyc: Io.
gęstości różnych ciał w Układzie Słonecznym. Zwróć uwagę na zależność między gęstością a odległością… od Słońca, podobieństwo Trytona do Plutona, i jak nawet satelity Jowisza, od Io do Kallisto, różnią się w gęstości tak ogromnie.,
Karim Khaidarov
ale nie tylko Skład surowcowy świata decyduje o jego gęstości. Jest też kwestia kompresji grawitacyjnej, która ma większy wpływ na światy, im większe są ich masy. To jest coś, o czym wiele się nauczyliśmy, badając planety poza naszym Układem Słonecznym, ponieważ nauczyli nas, czym są różne kategorie egzoplanet. To pozwoliło nam wywnioskować, jakie procesy fizyczne prowadzą do światów, które obserwujemy.,
Jeśli jesteś poniżej dwóch mas Ziemi, będziesz skalistą planetą podobną do ziemi, z planetami o większej masie doświadczającymi większej kompresji grawitacyjnej. Powyżej tego, zaczynasz wisieć na gazowej kopercie materii, która” wydmuchuje ” twój świat i ogromnie spada jego gęstość w miarę wzrostu masy, wyjaśniając, dlaczego Saturn jest najmniej gęstą planetą. Powyżej innego progu kompresja grawitacyjna ponownie przejmuje prowadzenie; Saturn jest w 85% fizycznym rozmiarem Jowisza, ale tylko jedną trzecią masy., A poza innym progiem, fuzja jądrowa zapala się, przekształcając niedoszłą planetę w gwiazdę.
najlepszym opartym na dowodach schematem klasyfikacji Planet jest sklasyfikowanie ich jako skalistych,… Neptuna, Jowisza lub Gwiazdy. Zauważ, że 'linia', którą planety podążają, aż osiągną ~2 masy Ziemi, zawsze pozostaje poniżej wszystkich innych światów na wykresie, gdy kontynuujesz ekstrapolację.,
Chen and Kipping, 2016, via https://arxiv.org/pdf/1603.08614v2.pdf
gdybyśmy mieli świat podobny do Jowisza, który byłby wystarczająco blisko Słońca, jego atmosfera zostałaby pozbawiona, odsłaniając jądro, które z pewnością byłoby gęstsze niż jakakolwiek z planet w dzisiejszym Układzie Słonecznym. Najgęstsze, najcięższe elementy zawsze opadają do jądra podczas formowania się planety, a grawitacja kompresuje to jądro, aby było jeszcze gęstsze niż byłoby w przeciwnym razie. Ale nie mamy takiego świata na naszym podwórku.,
zamiast tego, mamy po prostu stosunkowo ciężką skalistą, ziemską planetę: Ziemię, najcięższy świat w naszym Układzie Słonecznym bez dużej gazowej otoczki. Ze względu na siłę własnej grawitacji Ziemia jest ściskana o kilka procent w stosunku do jej gęstości bez tak dużej masy. Różnica jest wystarczająca, aby przezwyciężyć fakt, że jest on wykonany z lżejszych pierwiastków niż rtęć (o około 2-5%), aby uczynić go o około 2% gęstszym niż rtęć ogólnie.,
zgodnie z naszą najlepszą wiedzą i mając do dyspozycji najlepsze pomiary, ustaliliśmy to… Ziemia jest najgęstszą planetą w Układzie Słonecznym: około 2% gęstszą od Merkurego i około 5% gęstszą od Wenus. Żadna inna planeta, Księżyc, a nawet asteroida nie zbliża się.
NASA
gdyby pierwiastki, z których zostały wykonane, były jedyną metryką, która miała znaczenie dla gęstości, Merkury byłby bez wątpienia najgęstszą planetą w Układzie Słonecznym., Bez oceanu lub atmosfery o niskiej gęstości, a zrobionego z cięższych pierwiastków w układzie okresowym (średnio) niż jakikolwiek inny obiekt w naszym sąsiedztwie, zajęłoby to ciasto. A jednak Ziemia, prawie trzy razy bardziej oddalona od Słońca, wykonana z lżejszych materiałów i ze znaczną atmosferą, piszczy przed siebie z 2% większą gęstością.
Wyjaśnienie? Ziemia ma wystarczająco dużo masy, aby jej samozacisk z powodu grawitacji był znaczący: prawie tak znaczący, jak można uzyskać, zanim zaczniesz zawieszać się na dużej, lotnej kopercie gazów., Ziemia jest bliżej tej granicy niż cokolwiek innego w naszym Układzie Słonecznym, a połączenie jej stosunkowo gęstego składu i ogromnej grawitacji własnej, jako że jesteśmy 18 razy masywniejsi od Merkurego, stawia nas samych jako najgęstszy obiekt w naszym Układzie Słonecznym.