Cest pourquoi la Terre, étonnamment, est lobjet le plus dense de notre système solaire

De toutes les planètes, planètes naines, lunes, astéroïdes et plus du système solaire, un seul objet peut être le plus dense. Vous pourriez penser, en se basant sur le fait que la gravitation est un processus incontrôlable qui se construit de plus en plus sur lui-même, que les objets les plus massifs de toutes choses comme Jupiter ou même le Soleil seraient les plus denses, mais ils sont inférieurs à un quart de la densité de la Terre.

Vous pourriez emprunter une voie différente et penser que les mondes constitués de la plus grande proportion déléments les plus lourds seraient également les plus denses. Si tel était le cas , cependant, Mercure serait le monde le plus dense, et ce nest pas le cas. Au lieu de cela, 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 lune des propriétés non fondamentales les plus simples de la matière que vous puissiez imaginer. Tout objet qui existe, du microscopique à lastronomique, a une certaine quantité dénergie au repos intrinsèque: ce que nous appelons communément la masse. Ces objets occupent également un espace donné en trois dimensions: ce que nous appelons volume. La densité nest que le rapport de ces deux propriétés: la masse dun objet divisée par son volume.

Notre système solaire lui-même sest formé il y a environ 4,5 milliards dannées de la même manière que tous les systèmes solaires sont formés: à partir dun nuage de gaz dans une région de formation détoiles qui sest contractée et sest effondrée sous sa propre gravité. Récemment, grâce à des observatoires tels que ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimetre Array), nous avons pu directement imager et analyser les disques protoplanétaires qui se forment autour de ces étoiles nouveau-nés pour la première fois.

Certains des les caractéristiques dune image comme celle-ci sont frappantes. Vous pouvez voir un grand disque étendu autour dune étoile nouvellement formée: le matériau qui donnera naissance à des planètes, des lunes, des astéroïdes, une ceinture externe (semblable à Kuiper), etc. voir les espaces dans le disque: emplacements où se forment déjà des objets massifs comme des planètes. Vous pouvez voir un gradient de température à code couleur, où les régions intérieures sont plus chaudes et les régions extérieures a re plus froid.

Mais ce que vous ne pouvez pas voir visuellement à partir dune image comme celle-ci, cest la présence et labondance des différents types de matériaux. Bien que des molécules complexes et même des composés organiques se retrouvent dans des systèmes comme celui-ci, il existe trois effets importants qui travaillent tous ensemble pour déterminer quels éléments se retrouvent à quels endroits du système solaire cela en résulte.

Le premier facteur est la gravitation, qui est toujours une force attractive. Dans un disque de matière composé de minuscules particules, celles qui sont les plus proches de lintérieur 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 lorsquelles en franchissent une une autre dans cette danse orbitale.

Là où des particules légèrement plus grosses se sont déjà formées, ou là où des particules plus petites se collent pour en former des plus grosses, la force gravitationnelle devient légèrement plus grande, car une région surchargée attire préférentiellement de plus en plus de la masse environnante. Sur des milliers, des millions, voire des dizaines de millions dannées, cela conduira à la formation fulgurante de planètes aux endroits qui ont accumulé le plus de masse en un seul endroit le plus rapidement.

Le deuxième facteur est la température de létoile centrale alors quelle évolue depuis sa pré -de la naissance sous forme de nuages moléculaires de sa phase de proto-étoile à sa longue vie détoile à part entière. Dans la région intérieure la plus proche de létoile, seuls les éléments les plus lourds de tous peuvent survivre, car tout le reste est trop léger pour il est détruit par la chaleur intense et le rayonnement. Les planètes les plus intérieures seront constituées uniquement de métaux.

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

Et le troisième et dernier élément est quil y a une danse gravitationnelle complexe qui a lieu au fil du temps. Les planètes migrent. Les étoiles se réchauffent et les glaces sont enlevées là où elles étaient auparavant autorisées. Les planètes qui ont pu tourner autour de notre étoile à des stades antérieurs peuvent être éjectées, projetées vers le Soleil ou déclenchées en collision avec et / ou en fusion. avec dautres mondes.

Et si vous vous approchez trop de létoile ancrant votre système solaire, les couches extérieures de latmosphère de létoile peuvent fournir suffisamment de friction pour déstabiliser votre orbite, en spirale dans létoile centrale lui-même. En regardant notre système solaire aujourdhui, 4,5 milliards dannées après que tout cela sest formé, nous pouvons conclure énormément de choses sur ce à quoi les choses ont dû ressembler au début. Nous pouvons dresser un tableau général de ce qui sest passé pour créer les choses telles quelles sont aujourdhui.

Mais tout ce que nous sont partis sont les survivants. Ce que nous voyons suit un schéma général qui « est très cohérent avec lidée que nos huit planètes se sont formées à peu près dans lordre dans lequel elles » sont aujourdhui: Mercure en tant que monde le plus intérieur, suivi de Vénus, de la Terre, de Mars, de la ceinture dastéroïdes, puis du quatre géantes gazeuses chacune avec leur propre système lunaire, la ceinture de Kuiper, et enfin le nuage dOort.

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

Mais ce nest pas seulement la composition de la matière première dun 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 leur masse est grande sommes. Cest 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 dexoplanètes. Cela nous a permis de déduire quels processus physiques sont en jeu qui mènent aux mondes que nous observons.

Si vous êtes en dessous denviron deux masses terrestres, vous allez être un rocher, semblable à un planète, 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 dun autre seuil, la compression gravitationnelle reprend le dessus; Saturne a 85% de la taille physique de Jupiter, mais seulement un tiers de la masse. Et au-delà dun autre seuil, la fusion nucléaire senflamme, transformant une planète potentielle en étoile.

Si nous avions un monde comme Jupiter qui était assez proche du Soleil, son atmosphère serait dépouillée, révélant un noyau qui serait certainement être plus dense que nimporte laquelle des planètes de notre système solaire aujourdhui. Les éléments les plus denses et les plus lourds senfoncent toujours dans le noyau pendant la formation de la planète, et la gravitation comprime ce noyau pour quil soit encore plus dense quil ne laurait été autrement. Mais nous navons 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 grande enveloppe gazeuse. 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’elle est composée d’éléments plus légers dans l’ensemble que Mercure (quelque part entre 2-5%) pour le rendre environ 2% plus dense que Mercure global.

Si les éléments dont vous étiez constitués étaient la seule métrique qui importait 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 constitué déléments plus lourds du tableau périodique (en moyenne) que tout autre objet de notre voisinage, cela prendrait le gâteau. Et pourtant, la Terre, presque trois fois plus éloignée du Soleil, faite de matériaux plus légers, et avec une atmosphère substantielle, grince de lavant avec une densité de 2% supérieure.

Lexplication? La Terre a une masse suffisante pour que son auto-compression due à la gravitation soit significative: presque aussi importante que vous pouvez lobtenir 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 seuls en tant quobjet le plus dense de notre Soleil. Système.