De aceea, în mod surprinzător, Pământul este cel mai dens obiect din sistemul nostru solar

Dintre toate planetele, planetele pitice, lunile, asteroizii și multe altele din sistemul solar, un singur obiect poate fi cel mai dens. S-ar putea să credeți, pe baza faptului că gravitația este un proces fugar care se construiește pe sine într-un grad din ce în ce mai mare, că cele mai masive obiecte din toate lucrurile, cum ar fi Jupiter sau chiar Soarele, ar fi cele mai dense, dar ele sunt mai puțin de un sfert din densitatea Pământului.

S-ar putea să mergeți pe un traseu diferit și să credeți că lumile care sunt formate din cea mai mare proporție dintre cele mai grele elemente ar fi și cele mai dense. Dacă ar fi cazul cu toate acestea, Mercur ar fi cea mai densă lume și nu este. În schimb, dintre toate obiectele mari cunoscute în sistemul solar, Pământul este cel mai dens dintre toate. Iată „știința surprinzătoare a motivului.

Densitatea este una dintre cele mai simple proprietăți non-fundamentale ale materiei pe care vi le puteți imagina. Fiecare obiect care există, de la microscopic la astronomic, are o anumită cantitate de energie în repaus intrinsecă: ceea ce numim în mod obișnuit masă. Aceste obiecte ocupă, de asemenea, o cantitate dată de spațiu în trei dimensiuni: ceea ce știm ca volum. Densitatea este doar raportul acestor două proprietăți: masa unui obiect împărțită la volumul său.

Sistemul nostru solar în sine s-a format în urmă cu aproximativ 4,5 miliarde de ani, așa cum se formează toate sistemele solare: dintr-un nor de gaz într-o regiune de formare a stelelor care s-a contractat și s-a prăbușit sub propria gravitație. Recent, datorită observatoarelor precum ALMA (matricea Atacama Large Millimeter / submillimetre Array), am fost capabili să imaginăm și să analizăm direct discurile protoplanetare care se formează în jurul acestor stele nou-născute pentru prima dată.

Unele dintre caracteristicile unei imagini de acest gen sunt izbitoare. Puteți vedea un disc mare și extins în jurul unei stele care se formează recent: materialul care va da naștere la planete, luni, asteroizi, o centură exterioară (asemănătoare cu Kuiper) etc. vezi goluri pe disc: locații în care se formează deja obiecte masive precum planete. Puteți vedea un gradient de temperatură codificat de culoare, unde regiunile interioare sunt mai fierbinți și regiunile exterioare o e mai rece.

Dar ceea ce nu puteți vedea vizual dintr-o imagine precum aceasta este prezența și abundența diferitelor tipuri de materiale. În timp ce molecule complexe și chiar compuși organici se găsesc în sisteme precum acesta, există trei efecte importante care funcționează împreună pentru a determina ce elemente se termină în locațiile din sistemul solar care rezultă.

Primul factor este gravitația, care este întotdeauna o forță atractivă. Într-un disc de materie alcătuit din particule minuscule, cele care sunt mai aproape de interiorul discului se vor învârti în jurul centrului sistemului solar la viteze ușor mai mari decât cele ușor mai îndepărtate, provocând coliziuni între particule când trec una alta în acest dans orbital.

Acolo unde s-au format deja particule ușor mai mari sau unde particulele mai mici se lipesc împreună pentru a forma altele mai mari, forța gravitațională devine puțin mai mare, deoarece având o regiune supra-densă, atrage preferențial din ce în ce mai mult peste mii până la milioane până la zeci de milioane de ani, acest lucru va duce la formarea fugă de planete în oricare dintre locații care s-au întâmplat să acumuleze cea mai mare masă într-o locație cel mai repede.

Al doilea factor este temperatura stelei centrale pe măsură ce evoluează din -nasterea ca nori moleculari prin faza sa de proto-stea pana la lunga sa viata ca o stea cu drepturi depline. In regiunea interioara cea mai apropiata de stea, numai cele mai grele elemente din toate pot supravietui, intrucat orice altceva este prea usor incat este distrus de căldura intensă și radiații. Cele mai interioare planete vor fi făcute numai din metale.

În afara acesteia, există o linie de îngheț (fără înghețuri volatile interioare, dar cu înghețuri volatile dincolo de aceasta), unde toate planetele noastre terestre s-au format În timp ce aceste linii sunt interesante, ne învață, de asemenea, că există „un gradient de material care se formează în sistemul solar: elementele cele mai grele se găsesc în cea mai mare proporție cea mai apropiată de steaua centrală, în timp ce elementele mai grele sunt mai puțin abundent mai departe.

Și al treilea și ultimul element este că există un dans gravitațional complicat care are loc în timp. Planetele migrează. Stelele se încălzesc și gheațele sunt îndepărtate acolo unde li se permitea odată. Planetele care ar fi putut orbita steaua noastră în etapele anterioare pot fi expulzate, împușcate în Soare sau declanșate în ciocnire și / sau fuziune cu alte lumi.

Și dacă vă apropiați prea mult de steaua care vă ancorează sistemul solar, straturile exterioare ale atmosferei stelei pot oferi suficientă frecare pentru a vă face să vă destabilizați orbita, spiralând în steaua centrală. în sine. Privind sistemul nostru solar de astăzi, la 4,5 miliarde de ani după ce s-a format întregul lucru, putem concluziona o mulțime de lucruri îngrozitoare despre cum trebuie să fi fost lucrurile în primele etape. Putem pune împreună o imagine generală a ceea ce s-a întâmplat pentru a crea lucrurile așa cum sunt astăzi.

Dar toti noi au plecat sunt supraviețuitorii. Ceea ce vedem urmează un model general care „este în concordanță cu ideea că cele opt planete ale noastre s-au format aproximativ în ordinea în care se află astăzi: Mercur ca lume cea mai interioară, urmată de Venus, Pământ, Marte, centura de asteroizi, apoi patru giganți gazoși fiecare cu propriul lor sistem lunar, centura Kuiper și, în sfârșit, norul Oort.

Dacă totul s-ar baza pur și simplu pe elementele care le compun, Mercur ar fi planeta cea mai densă. Mercurul are o proporție mai mare de elemente care sunt mai mari pe tabelul periodic comparativ cu orice altă lume cunoscută din sistemul solar. Chiar și asteroizii cărora li s-au fiert înghețurile volatili nu sunt la fel de densi pe cât Mercurul se bazează doar pe elemente. Venus este # 2, Pământul este # 3, urmat de Marte, unii asteroizi și apoi luna cea mai profundă a lui Jupiter: Io .

Dar nu este doar compoziția materiei prime a unei lumi care determină densitatea acesteia. Există și problema comprimării gravitaționale, care are un efect mai mare pentru lumi cu cât masele lor sunt mai mari. sunteți. Acest lucru este ceva despre care „am învățat multe lucruri prin studierea planetelor dincolo de propriul nostru sistem solar, deoarece acestea ne-au învățat care sunt diferitele categorii de exoplanete. Acest lucru ne-a permis să deducem ce procese fizice sunt în joc și care conduc la lumile pe care le observăm.

Dacă vă aflați sub două mase de pe Pământ, veți fi un stâncos, de tip terestru. planetă, cu planete cu masă mai mare care experimentează o compresie gravitațională mai mare.Mai presus de aceasta, începeți să vă agățați de un plic gazos de materie, care vă „pufăiește” lumea și îi scade densitatea enorm pe măsură ce urcați în masă, explicând de ce Saturn este planeta cel mai puțin densă. Peste un alt prag, compresia gravitațională preia din nou conducerea; Saturn are 85% dimensiunea fizică a lui Jupiter, dar doar o treime din masă. Și dincolo de un alt prag, fuziunea nucleară se aprinde, transformând o viitoare planetă într-o stea.

Dacă am avea o lume ca Jupiter care să fie suficient de aproape de Soare, atmosfera sa ar fi dezbrăcată, dezvăluind un nucleu care ar fi cu siguranță să fie mai dens decât oricare dintre planetele din sistemul nostru solar de astăzi. Cele mai dense, cele mai grele elemente se scufundă întotdeauna în miez în timpul formării planetei, iar gravitația comprimă acel miez pentru a fi chiar mai dens decât ar fi fost altfel. Dar nu avem nicio astfel de lume în curtea noastră.

În schimb, avem doar o planetă terestră relativ grea: Pământul, cea mai grea lume din sistemul nostru solar, fără un înveliș gazos mare. Datorită Puterea propriei sale gravitații, Pământul este comprimat cu câteva procente peste ceea ce ar fi fost densitatea sa fără atâta masă. Diferența este suficientă pentru a depăși faptul că este format din elemente mai ușoare în general decât este Mercur (de undeva între 2-5%) pentru a-l face cu aproximativ 2% mai dens decât Mercur în general.

Dacă elementele din care ai fost alcătuit au fost singurele metrice care au contat densitatea, atunci Mercur ar fi fără îndoială cea mai densă planetă din sistemul solar. Fără un ocean sau o atmosferă cu densitate redusă și alcătuit din elemente mai grele de pe tabelul periodic (în medie) decât orice alt obiect din vecinătatea noastră, ar lua tortul. Și totuși, Pământul, de aproape trei ori mai îndepărtat de Soare, realizat din materiale mai ușoare și cu o atmosferă substanțială, scârțâie înainte cu o densitate cu 2% mai mare.

Explicația? Pământul are suficientă masă încât autocompresia sa datorată gravitației este semnificativă: aproape la fel de semnificativă pe cât o puteți obține înainte de a începe să atârnați pe un anvelopă mare și volatilă de gaze. Pământul este mai aproape de această limită decât orice altceva din sistemul nostru solar, iar combinația compoziției sale relativ dense și a gravitației sale de sine enorme, întrucât suntem de 18 ori mai masivi decât Mercur, ne plasează singuri ca cel mai dens obiect din solarul nostru Sistem.