Из чего состоит планета – Из чего состоят планеты? | Живой космос

Из чего состоят планеты? | Живой космос

Иллюстрация Вадима Садовски

Два года назад космический художник Вадим Садовски создал серию удивительных картин. На них было показано, из чего состоят планеты Солнечной системы.

Изображение внутреннего строения Земли, вероятно, справедливо. Потому что у нас есть сейсмографы изучающие слои планеты на протяжении десятилетий. И несмотря на то, что многие детали еще не изучены, мы понимаем общий размер и состав коры, мантии и ядра.

Из чего состоят планеты?

Но как насчет других планет? На Марсе есть несколько сейсмометров. Их нет на Меркурии. А самые долгоживущие советские зонды на Венере передавали данные менее двух часов. После чего расплавились на поверхности этой жаркой планеты. Как же нам узнать, что находится внутри газового гиганта?

Большая часть данных о других мирах получено от автоматических межпланетных станций. Они измеряют их гравитационные поля во всех деталях. Это дает нам представление о массе и составе планеты. При этом анализируются аномалии и отклонения, которые мы можем сравнить с тем, что видим на Земле. То же самое касается данных, полученных от специальных проникающих радаров, установленных на зондах, посетивших планеты внутренней Солнечной системы. Сейсмографические данные, которые мы имеем с Марса и Венеры, также можно экстраполировать. Поскольку все скалистые планеты следуют аналогичному эволюционному пути и поэтому имеют схожие внутренние модели.

Другими словами, мы применяем то, что узнали, изучая нашу собственную планету. Это позволяет нам получить обоснованные допуски из фрагментарных данных, переданных нашими зондами.

Газовые гиганты

Это все справедливо для скалистых миров. Но как быть с газовыми гигантами? Они состоят, в основном, из газа, вращающегося вокруг массивного куска из камня, железа и льда. Этот газ, к тому же, сжат в плотные слои под действием собственной гравитации. Анализ этой гравитации, состава планет и их магнитных полей позволяет нам понять их массу, скорость вращения и количество тепла, которое они получают. Затем мы можем запустить эксперименты для повторения подобных условий в гораздо меньших масштабах в условиях лабораторий.

В этих симуляциях применяются материалы с различной вязкостью, имитирующие сжиженные газы планет — гигантов. Испытывая огромные давления эти газы ведут себя как жидкости. Именно такие среды обнаружены в штормовых поясах массивных планет. Они группируются в слои и дают нам для изучения модель вероятного поперечного сечения газовых гигантов. Принцип, который это отражает, известен как дифференциация. То есть склонность различных твердых тел и газов к разложению на слои при воздействии. И поскольку он хорошо работает в физике и химии, нет оснований считать, что он не будет работать при использовании для создания макета газового гиганта.

Рассчитанные глубины и температуры не следует воспринимать в качестве подтвержденных фактов. Но их диапазоны, вероятно, довольно близки к реальности. Тем более, что мы не будем знать точных данных до миллиметра, если не опустимся в центр каждой планеты. Поэтому, когда в следующий раз вы увидите изображения внутреннего строения спутников, звезд и планет, не считайте их окончательными. Это всего лишь демонстрация того, как данные, собранные нашими зондами и телескопами в течение десятилетий, могут использоваться с применением законов физики.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

alivespace.ru

Как устроены планеты — Naked Science

Восемь планет нашей Солнечной системы принято разделять на внутренние (Меркурий, Венера, Земля, Марс), расположенные ближе к звезде, и внешние (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Отличаются они не только расстоянием до Солнца, но и рядом других характеристик. Внутренние планеты ? плотные и каменистые, небольших размеров; внешние ? газовые гиганты. У внутренних совсем немного естественных спутников, или нет вовсе; у внешних их десятки, а у Сатурна есть еще и кольца.

 

Сравнительные размеры планет (слева направо: Меркурий, Венера, Земля, Марс)

©NASA

 

Базовая «анатомия» внутренних планет Солнечной системы проста: все они состоят из коры, мантии и ядра. Кроме того, у некоторых ядро разделяется на внутреннее и внешнее. Например, как устроена Земля? Твердая кора покрывает полурасплавленную мантию, а в центре находится «двухслойное» ядро ? жидкое внешнее и твердое внутреннее. Кстати, именно наличие жидкого металлического ядра создает на планете глобальное магнитное поле. На Марсе, к примеру, все немного иначе: твердая кора, твердая мантия, твердое ядро ? он напоминает цельный бильярдный шар, и никакого магнитного поля у него нет.

 

Газовые гиганты ? Сатурн и Юпитер ? сложены совершенно иначе. Из самого названия этого типа планет понятно, что они представляют собой огромные шары газа, не имеющие твердой поверхности. Если б кому-нибудь довелось спускаться на одну из таких планет, он падал бы и падал к ее центру, где расположено небольшое твердое ядро. На Уране и Нептуне аммиак, метан и другие знакомые нам газы могут существовать лишь в твердой форме, поэтому две дальние планеты представляют собой огромные шары из льда и твердых фрагментов ? ледяные гиганты. Впрочем, давайте рассмотрим их все по порядку, одну за другой.

 

Меркурий: громадное ядро

 

Ближайшая к Солнцу планета ? одна из самых плотных в нашем списке: будучи чуть меньше спутника Сатурна Титана, она более чем вдвое тяжелее его. Плотнее Меркурия только Земля, но Земля достаточно велика для того, чтобы ее уплотняла еще и собственная гравитация, а если б этот эффект не проявлялся, то Меркурий был бы чемпионом.

 

Здесь царит тяжелое железо-никелевое ядро. Оно исключительно велико для планеты таких размеров ? по некоторым предположениям, ядро может занимать основную часть объема Меркурия и иметь радиус около 1800-1900 км, примерно с Луну. Зато окружающие его кремниевые мантия и кора сравнительно тонки, не более 500-600 км в толщину. Судя по тому, что планета вращается слегка неравномерно (как сырое яйцо), ядро ее расплавлено и создает на планете глобальное магнитное поле.

 

Происхождение большого, плотного, исключительно богатого железом ядра Меркурия остается загадкой. Возможно, некогда Меркурий был в несколько раз крупнее, и ядро его не было чем-то аномальным, но в результате столкновения с неизвестным телом от него «отвалился» изрядный кусок коры и мантии. К сожалению, подтвердить эту теорию пока не удается.

 

1. Кора, толщина — 100-300 км. 2. Мантия, толщина — 600 км. 3. Ядро, радиус — 1800 км.

©Joel Holdsworth

 

Венера: толстая кора

 

Самая беспокойная и горячая планета Солнечной системы. Ее чрезвычайно плотная и бурная атмосфера состоит из углекислого газа, метана и сероводорода, который выбрасывают многочисленные активные вулканы. Поверхность Венеры на 90% покрыта базальтовой лавой, здесь имеются обширные возвышенности на манер земных материков ? жаль, что вода в жидком виде здесь существовать не может, вся она давно испарилась.

 

Внутреннее строение Венеры изучено плохо. Считается, что ее толстая силикатная кора уходит в глубину на несколько десятков километров. Судя по некоторым данным, 300-500 млн лет назад планета полностью обновила кору в результате катастрофических масштабов вулканизма. Предположено, что тепло, которое вырабатывается в недрах планеты из-за радиоактивного распада, не может на Венере «стравливаться» постепенно, как на Земле, посредством тектоники плит. Тектоники плит здесь нет, и энергия эта накапливается подолгу, и время от времени «прорывается» такими глобальными вулканическими «бурями».

 

Под корой Венеры начинается 3000-километровый слой расплавленной мантии неустановленного состава. А раз Венера относится к тому же типу планет, что и Земля, у нее предполагается и наличие железо-никелевого ядра диаметром около 3000 км. С другой стороны, наблюдения не обнаружили у Венеры собственного магнитного поля. Это может означать, что заряженные частицы в ядре не двигаются, и оно находится в твердом состоянии.

 

Возможное внутреннее строение Венеры

©Wikimedia/ Vzb83

 

Земля: всё идеально

 

Наша любимая родная планета изучена, конечно, лучше всех, в том числе и геологически. Если двигаться от ее поверхности в глубину, твердая кора будет тянуться до примерно 40 км. Резко отличаются континентальная и океаническая кора: толщина первой может доходить до 70 км, а второй ? практически не бывает более 10 км. Первая содержит немало вулканических пород, вторая покрыта толстым слоем осадочных.

 

Кора, как потрескавшаяся сухая грязь, разделена на литосферные плиты, двигающиеся относительно друг друга. Судя по современным данным, тектоника плит ? уникальное в Солнечной системе явление, которое обеспечивает постоянное и некатастрофическое, в целом спокойное обновление ее поверхности. Очень удобно для всех!

 

Ниже начинаются слои мантии: верхняя (40-400 км), нижняя (до 2700 км). На мантию приходится львиная доля массы планеты ? почти 70%. По объему мантия еще внушительнее: если не считать атмосферу, она занимает около 83% нашей планеты. Состав мантии, скорее всего, напоминает состав каменистых метеоритов, она богата кремнием, железом, кислородом, магнием. Несмотря на постоянное перемешивание, не стоит считать мантию жидкой в привычном понимании этого слова. Из-за огромного давления почти все ее вещество находится в кристаллическом состоянии.

 

Наконец, мы попадем в железо-никелевое ядро: расплавленное внешнее (на глубине до 5100 км) и твердое внутреннее (вплоть до 6400 км). На ядро приходится почти 30% массы Земли, а конвекция жидкого металла во внешнем ядре создает на планете глобальное магнитное поле.

 

Общая структура планеты Земля

©Wikimedia/ Jeremy Kemp

 

Марс: застывшие плиты

 

Хотя сам Марс заметно меньше Земли, интересно, что площадь его поверхности примерно равна площади земной суши. Но перепады высот здесь куда заметнее: на Красной планете расположены самые высокие в Солнечной системе горы. Местный Эверест ? Олимпус Монс ? поднимается на высоту 24 км, а громадные горные хребты выше 10 км могут тянуться на тысячи километров.

 

Покрытая базальтовыми породами кора планеты в северном полушарии имеет толщину около 35 км, а в южном ? аж до 130 км. Считается, что некогда на Марсе также существовало движение литосферных плит, однако с какого-то момента они остановились. Из-за этого вулканические точки перестали менять свое расположение, и вулканы стали расти и расти сотни миллионов лет, создавая исключительно могучие горные вершины.

 

Средняя плотность планеты довольно невелика ? видимо, из-за небольших размеров ядра и наличия в нем немалого (до 20%) количества легких элементов ? скажем, серы. Судя по имеющимся данным, ядро Марса имеет радиус около 1500-1700 км и остается жидким лишь частично, а значит ? способно создавать на планете лишь очень слабое магнитное поле.

 

Сравнение строения Марса и других планет земной группы

©NASA

 

Юпитер: сила тяжести и легкие газы

 

Сегодня не существует технических возможностей исследовать строение Юпитера: слишком уж велика эта планета, слишком сильна ее гравитация, слишком плотна и неспокойна атмосфера. Впрочем, где здесь кончается атмосфера и начинается сама планета, сказать трудно: этот газовый гигант, по сути, не имеет никаких четких внутренних границ.

 

По существующим теориям, в центре Юпитера имеется твердое ядро по массе в 10-15 раз больше Земли и в полтора раза крупнее ее по размерам. Впрочем, на фоне планеты-великана (масса Юпитера больше массы всех остальных планет Солнечной системы вместе взятых) эта величина совсем незначительна. Вообще же Юпитер состоит на 90% из обычного водорода, а на оставшиеся 10% ? из гелия, с некоторым количеством простых углеводородов, азота, серы, кислорода. Но не стоит думать, что из-за этого структура газового гиганта «проста».

 

При колоссальном давлении и температуре водород (а по некоторым данным, и гелий) здесь должен существовать, в основном, в необычной металлической форме ? этот слой, возможно, тянется на глубину в 40-50 тыс. км. Здесь электрон отрывается от протона и начинает вести себя свободно, как в металлах. Такой жидкий металлический водород, естественно, является отличным проводником и создает на планете исключительно мощное магнитное поле.

 

Модель внутренней структуры Юпитера

©NASA

 

Сатурн: саморазогревающаяся система

 

Несмотря на все внешние различия, отсутствие знаменитого Красного пятна и наличие еще более знаменитых колец, Сатурн очень похож на соседний Юпитер. Он состоит из водорода на 75%, и на 25% из гелия, со следовым количеством воды, метана, аммиака и твердых веществ, в основном сосредоточенных в горячем ядре. Как и на Юпитере, здесь имеется толстый слой металлического водорода, создающий мощное магнитное поле.

 

Пожалуй, главным отличием двух газовых гигантов являются теплые недра Сатурна: процессы в глубине поставляют планете уже больше энергии, чем солнечное излучение ? он излучает в 2,5 раза больше энергии сам, чем получает от Солнца.

 

Этих процессов, видимо, два (отметим, что и на Юпитере они также работают, просто на Сатурне имеют большее значение) ? радиоактивный распад и механизм Кельвина ? Гельмгольца. Работу этого механизма можно представить  довольно легко: планета охлаждается, давление в ней падает,  и она немного сжимается, а сжатие создает дополнительное тепло. Впрочем, нельзя исключать и наличие других эффектов, создающих энергию в недрах Сатурна.

 

Внутреннее строение Сатурна

©Wikimedia

 

Уран: лед и камень

 

А вот на Уране внутреннего тепла явно недостаточно, причем настолько, что это до сих пор требует специального объяснения и озадачивает ученых. Даже Нептун, на Уран очень похожий, излучает тепло в разы больше, Уран же мало того, что получает от Солнца совсем немного, так и отдает порядка 1% этой энергии. Это самая холодная планета Солнечной системы, температура здесь может падать до 50 Кельвин.

 

Считается, что основная масса Урана приходится на смесь льдов ? водного, метанового и аммиачного. Вдесятеро меньше по массе здесь водорода с гелием, и еще меньше твердых пород, скорее всего, сосредоточенных в сравнительно небольшом каменном ядре. Основная доля приходится на ледяную мантию. Правда, этот лед ? не совсем та субстанция, к которой мы привыкли, он текуч и плотен.

 

Это означает, что у ледяного гиганта тоже нет никакой твердой поверхности: газообразная, состоящая из водорода и гелия атмосфера без явной границы переходит в жидкие верхние слои самой планеты.

 

Внутреннее строение Урана  

©Wikimedia/ FrancescoA

 

Нептун: алмазный дождь

 

Как и у Урана, у Нептуна атмосфера особенно заметна, она составляет 10-20% всей массы планеты и простирается на 10-20% расстояния до ядра в ее центре. Состоит она из водорода, гелия и метана, который придает планете голубоватый цвет. Опускаясь сквозь нее вглубь, мы заметим, как атмосфера постепенно уплотняется, медленно переходя в жидкую и горячую электропроводящую мантию.

 

Мантия Нептуна в десяток раз тяжелее всей нашей Земли и богата аммиаком, водой, метаном. Она действительно горяча ? температура может достигать тысяч градусов ? но традиционно вещество это называют ледяным, а Нептун, как и Уран, относят к ледяным гигантам.

 

Существует гипотеза, согласно которой ближе к ядру давление и температура достигают такой величины, что метан «рассыпается» и «спрессовывается» в кристаллы алмазов, которые на глубине ниже 7000 км образуют океан «алмазной жидкости», который проливается «дождями» на ядро планеты. Железо-никелевое ядро Нептуна богато силикатами и лишь немногим больше земного, хотя давление в центральных областях гиганта намного выше.

 

1. Верхняя атмосфера, верхние облака 2. Атмосфера, состоящая из водорода, гелия и метана 3. Мантия, состоящая из воды, аммиака и метанового льда 4. Железо-никелевое ядро  

©NASA

 

naked-science.ru

Астрономы впервые выяснили, из чего состоят землеподобные планеты

Плотности планет системы TRAPPIST-1 измерены с рекордной точностью. Это позволило учёным сделать выводы об их химическом составе и, в частности, о количестве воды.

Планетная система у красного карлика TRAPPIST-1, удалённого от Земли на 40 световых лет, была обнаружена в 2016 году. Дальнейшие исследования показали, что в ней по меньшей мере семь миров размерами похожих на Землю, из которых три лежат в зоне обитаемости. Мы не ошибёмся, если скажем, что сегодня к тусклой красной звезде приковано внимание астрономов всего мира.

В новом исследовании учёные, проанализировав данные нескольких инструментов, сумели с рекордной точностью измерить плотность этих планет.

Соавтор исследования Эрик Агол (Eric Agol) из Вашингтонского университета рассказывает: «Одна из целей исследований экзопланет – установить состав тех из них, которые напоминают Землю по размерам и температуре. После открытия системы TRAPPIST-1 технические возможности интрументов Европейской южной обсерватории в Чили и орбитального космического телескопа Spitzer позволили достичь этой цели. Мы впервые узнали, из чего состоят землеподобные экзопланеты!»

Чтобы вычислить плотность планеты, нужно знать её размер и массу. Оценить размер с неплохой точностью можно, пользуясь методом транзитов, то есть измерив, какую долю света звезды затмевает планета. Однако узнать массу гораздо сложнее, ведь она не связана однозначно с параметрами орбиты. На одной и той же траектории могут оказаться миры самой разной массы.

Симон Гримм (Simon Grimm) из Бернского университета в Швейцарии объясняет, как он и его коллеги установили массу планет: «Планеты системы TRAPPIST-1 расположены так близко друг к другу, что оказывают друг на друга сильное гравитационное воздействие, и поэтому моменты [начала – прим. ред.] их прохождений по диску материнской звезды – транзитов – несколько сдвигаются. Эти сдвиги зависят от масс планет, от расстояний между ними и от других орбитальных параметров. В нашей компьютерной модели мы изменяли параметры орбит планет до тех пор, пока вычисленные моменты транзитов не совпали с наблюдаемыми, а благодаря этому вычислили и массы планет».

Плотность планет может многое сказать об их химическом составе. Оказалось, что все семь исследованных миров в основном состоят из каменных пород, но имеют запасы лёгких, а потому летучих веществ (скорее всего, воды).

Миры TRAPPIST-1b и c, самые близкие к звезде, скорее всего, имеют гораздо более плотные атмосферы, чем Земля, и в этих газовых оболочках много водяного пара. А вот третья от светила планета TRAPPIST-1d – самая лёгкая. Её масса составляет всего около 30% земной. Вряд ли гравитация такой планеты сумеет удержать заметную атмосферу и гидросферу.

Четвёртый мир, TRAPPIST-1e – единственная из изученных планет системы, плотность которой выше, чем у Земли. Похоже, это означает, что и у неё нет или почти нет жидкой и газовой оболочки, так что вся масса планеты приходится на твёрдые породы. Также причиной такой большой плотности может быть огромное железное ядро. Впрочем, именно эта планета по размерам, плотности и количеству получаемого от своего светила тепла больше всего похожа на Землю.

Экзопланеты TRAPPIST-1f, g и h расположены слишком далеко от звезды и, по всей видимости, закованы в ледяную броню.

Как показало исследование, несколько миров системы настолько богаты водой, что она составляет до 5% массы планеты. Для сравнения: на Земле этот показатель ниже в 250 раз.

Напомним, что «Вести.Наука» (nauka.vesti.ru) ранее писали о том, как были изучены атмосферы планет системы TRAPPIST-1, как «Хаббл» обнаружил на них воду и как выяснилось, что магнитное поле звезды плавит эти планеты изнутри.

nauka.vesti.ru

Что такое планета и из чего она состоит?

Звезды, планеты – эти слова прочно вошли в лексикон каждого современного человека, начиная с детсадовского возраста. А что такое планета, из чего она состоит и чем отличается от звезды?


Раньше обо всем этом дети узнавали на уроках астрономии, теперь же знания о Вселенной дети получают по большей части из фантастических книг и фильмов.

Что называют планетой?
Чем отличаются планеты друг от друга?
Чем звезда отличается от планеты?

Что называют планетой?

«Планета» в переводе с греческого языка означает «странствующая». Это название появилось в результате наблюдений за небесным сводом.

Древнегреческие ученые заметили, что большинство звезд не изменяет своего положения относительно друг друга, некоторые же из них постоянно странствуют по небосводу, оказываясь то в одном созвездии, то в другом. Эти блуждающие звезды получили название планет.

Невооруженным глазом можно увидеть только пять планет: Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн. Планета Уран была открыта только после изобретения телескопа, в 1781 году.

Спустя 60 лет была обнаружена планета Нептун, причем ее орбита и другие характеристики вначале были рассчитаны теоретически, а затем немецкий астроном Галле смог увидеть ее с помощью мощного телескопа.

Последнюю из планет Солнечной системы, Плутон, смогли открыть только в 1930 году, хотя ее существование тоже было предсказано с помощью математических формул.

Сегодня астрономы так определяют, что такое планета: это небесное тело, которое имеет размер, достаточный для того, чтобы приобрести шарообразную форму за счет собственного тяготения, и вращается по устойчивой орбите вокруг звезды.

Планета может быть твердой или представлять собой газопылевое облако, но сама не служит источником термоядерной реакции, т.е. не излучает свет и тепло.

Чем отличаются планеты друг от друга?

Планеты Солнечной системы не одинаковы: каждая из них имеет ряд индивидуальных особенностей, благодаря которым ее никак нельзя спутать с другими.

Близость к Солнцу у каждой планеты своя, а значит, солнечная энергия распределяется между ними неравномерно. Больше всех тепла и света достается Меркурию, который прямо-таки перегрет, особенно та сторона, которая обращена к Солнцу. Дальним планетам достается, наоборот, слишком мало света и тепла, поэтому их поверхность безжизненна и пуста.

Размер – важный показатель планеты. Самая большая из них – Юпитер, второй по величине – Сатурн. Однако планеты-гиганты имеют относительно небольшую плотность, так как состоят из пыли и газов, а не из твердого вещества.

Одни планеты имеют спутники, другие – нет. Количество и размеры спутников тоже различаются.

У Земли только один спутник – Луна, у Марса – два, Деймос и Фобос. Количество спутников Юпитера очень велико, а у Сатурна, кроме спутников, имеется роскошное кольцо, опоясывающее экватор планеты.

Скорость и направление вращения вокруг своей оси у каждой из планет отличаются от других. Большие планеты вращаются намного быстрее Земли, а Марс и Венера – медленнее, зато ось ее вращения лежит в плоскости орбиты. То есть получается, что Венера вращается «лежа на боку».

Можно найти еще множество отличий, ведь каждая из планет – это целый мир, который совершенно не похож на другие. Пока что мы имеем представление только о том, как выглядит поверхность Марса и Луны, но когда-нибудь человек обязательно сможет побывать на каждой из планет Солнечной системы.

Чем звезда отличается от планеты?

Древние ученые отличали планеты от звезд, наблюдая за их движением: планеты перемещаются по небесному своду, вращаясь вокруг Солнца, звезды же неподвижны. Вернее, человеческий глаз не может наблюдать движение звезд, хотя они вращаются вместе с рукавом Галактики вокруг ее центра.

Но сегодня мы знаем и другие отличия планет от звезд:

— размеры звезд в миллионы раз больше размера планет;

— в недрах звезд протекают термоядерные реакции, а в недрах планет – нет;

— звезды излучают свет и тепло, а планеты только отражают блеск звезд;

— звезды состоят из легких химических элементов – водорода и гелия, а планеты имеют и легкие, и тяжелые элементы;

— температура звезд достигает сотен тысяч или даже миллионов градусов, а температура даже самых горячих планет намного ниже;

— планеты движутся по эллиптическим орбитам вокруг звезд, а не наоборот.

www.vseznaika.org

Из чего состоят планеты, или где «заканчивается Земля»

Like Love Haha Wow Sad Angry

1

Есть ли во Вселенной вторая Земля? Наши знания о планетных системах постоянно растут, поскольку новые технологии совершенствуют возможности наблюдений. На сегодняшний день за пределами Солнечной системы уже обнаружено около четырех тысяч планет. Их массы и радиусы можно использовать для определения средней плотности, но не точного химического состава и структуры. Таким образом, интригующий вопрос о том, как выглядят экзопланеты, остается открытым.

«Теоретически мы можем предположить различные композиции, такие как мир, состоящий только из воды, или полностью каменные экзопланеты, к примеру, обладающие атмосферой из водорода и гелия, и подсчитать, какие радиусы могут быть у таких планет», – объясняет Майкл Лозовский, докторант из группы профессора Равита Хеллинга в Институте вычислительной науки при Цюрихском университете (Швейцария).

Ограничение состава планет

Ученые использовали базы данных и статистические инструменты, чтобы охарактеризовать экзопланеты и их атмосферы. Планетные системы довольно распространены, однако непосредственно измеренные данные ранее не позволяли исследователям определять их точную структуру, поскольку разные составы могут приводить к одинаковой массе и радиусу. Чтобы повысить точность данных, научная группа также исследовала предполагаемую внутреннюю структуру, температуру и отражательную способность у 83 из известных планет, для которых массы и радиусы хорошо определены.

Экзопланета 55 Cancri e в сравнении с Землей. Credit: NASA

«Мы применили статистический анализ для определения пределов возможных композиций. Используя базу данных обнаруженных экзопланет, мы установили, что у каждой теоретической планетарной структуры имеется «пороговый радиус», за пределами которого не может быть планет определенного состава», – объясняет Майкл Лозовский.

Важным фактором при определении порогового радиуса является количество элементов в газообразном слое, которые тяжелее гелия, процентное соотношение водорода и гелия, а также распределение элементов в атмосфере.

Суперземли и мининептуны

Исследователи из Института вычислительной науки обнаружили, что планеты с радиусом менее 1,4  радиуса Земли могут быть земного типа, а экзомиры с радиусом выше этого порога содержат более высокую долю силикатов или других легких материалов. Большинство планет с радиусом выше 1,6 радиуса Земли должны иметь слой газообразного водорода или воды в дополнение к их скалистому ядру, в то время как экзопланеты в 2,6 раза превышающие Землю по размеру не должны быть водными мирами и поэтому могут быть окружены плотной атмосферой. Ожидается, что планеты с радиусом более 4 радиусов Земли будут газообразными и как минимум на 10 процентов состоять из водорода и гелия, подобно Урану и Нептуну.

Экзопланеты в сравнении с Землей, Меркурием и Нептуном. Credit: University of British Columbia

Результаты исследования дают новое представление о развитии и разнообразии экзопланет. Особенно интересный порог касается разницы между крупными землеподобными планетами, которые иначе называются суперземлями, и небольшими газовыми планетами, также называемыми мининептунами. По мнению исследователей, граница составляет 3 радиуса Земли. Таким образом, на обширном пространстве нашей Галактики ниже этого порога можно без особого труда найти землеподобные планеты.

Like Love Haha Wow Sad Angry

1

Арина Васильева редактор-переводчик

in-space.ru

Из чего состоят планеты-гиганты?

Наука

Имея представление о том, из чего состоит наша планета Земля, мы порой и не догадываемся, что наши соседи по Солнечной системе – планеты, которые очень сильно отличаются по композиции. Узнайте о том, из чего состоят крупнейшие планеты нашей системы.

Юпитер

Состав самой крупной планеты Солнечной системы, Юпитера, включает в основном водород и гелий. Планета отличается от других планет, покрытых твердой оболочкой – корой (таких, как Земля). Ее поверхность газообразная и жидкая, поэтому граница между атмосферой и поверхностью самого тела просматривается очень плохо.

Под слоем атмосферы толщиной около 1 километра находится слой жидкого водорода глубиной 20 тысяч километров. И даже на такой глубине, по мнению ученых, находится слой жидкого металлического водорода под давлением 3 миллиона бар. Это колоссальное давление.

Ядро планеты, как считают исследователи, состоит из железоникелевого сплава и породы при температуре 20000 градусов Цельсия.

Сатурн

Как и его сосед Юпитер, гигант Сатурн состоит в основном из водорода и гелия и обладает очень низкой плотностью. Плотность Сатурна составляет всего две трети плотности воды.

Атмосфера Сатурна состоит, в порядке убывания, из слоя аммиака, из слоя аммиачного сульфида водорода и слоя льда. Под ними располагается сатурнианская поверхность, которая состоит из слоя жидкого водорода (как и в случае с Юпитером), под которым лежит слой жидкого металлического водорода.

Считается, что слой жидкого водорода Сатурна плотнее, чем слой того же вещества на Юпитере, а слой жидкого металлического водорода, наоборот, менее плотный. Ядро планеты, по мнению ученых, состоит из породы и льда.

Уран

Уран имеет газообразную композицию и в основном состоит из гелия и водорода, как и Сатурн и Юпитер. В атмосфере планеты в основном водород, но также гелий и метан.

Ядро планеты состоит из породы и льда, оно окружено внешним слоем льда, который состоит из воды, аммиака и метана.

Нептун

Атмосфера Нептуна состоит в основном из водорода, метана и гелия, и похожа по составу на атмосферу Урана. Под ней расположен жидкий слой водорода, который также включает гелий и метан. Более низкие слои состоят из жидких водородных соединений, кислорода и азота.

Считается, что ядро планеты состоит из породы и льда. Средняя плотность Нептуна, а также пропорция его ядра по отношению к общему размеру планеты — самые большие среди всех газовых гигантов Солнечной системы.

Перевод: Денисова Н. Ю.

www.infoniac.ru

Какое внутреннее строение планеты Земля

Только в двадцатом столетии ученые начали изучать что Земля — это целое физическое тело. Совокупность различных процессов, происходящие в оболочках Земли, действие притяжения Луны и Солнца, химический состав минералов, слагающих земную кору.

Так появилась наука геофизика, разделы которой исследуют внутренне строение Земли различными методами. Ответ на вопрос какое строение Земли — крупнейшее достижение XX века.

Например, данные полученные при помощи гравиметрии, позволили скорректировать понятие о том, что Земля — это шар и позволили выяснить, что она имеет форму геоида, а также строение глубинных слоев мантии, изучить упругие деформации.

Сейсмология — наука о землетрясениях, позволила создать сейсмическую модель строения планеты. Свой меньший, но не менее важный вклад внесли и другие науки: учение о магнетизме, электрометрия, радиометрия и многие другие.

Изучение таких огромных и сложных геологических систем планеты прямыми методами невозможно, поэтому ученые стали применять моделирование.

Из чего состоит Земля

В соответствии с классическим геологическим учением о строении нашей планеты, она состоит из таких основных геосфер: земная кора, мантия и ядро, которые в свою очередь делятся на еще на несколько слоев.

Вещества, содержащиеся в этих геосферах, имеют различные физические свойства, находятся в различном агрегатном состоянии и обладают отличным друг от друга минералогическим составом.

Внешний, относительно тонкий слой поверхности Земли называют корой. При помощи сейсмического метода было показано, что этот слой имеет толщину от 5 до 70 км в зависимости от того, где этот участок находится. Земная кора обычно толще на суше и тоньше под поверхностью океана.

Человек ещё не научился закапываться так глубоко, поэтому приходится пользоваться тем, что нам предоставляет природа. Действие землетрясений (а также подземных взрывов, имитирующих землетрясение), смещают пласты пород и образуются сейсмические волны, которые люди научились использовать для того, чтобы изучить из чего состоит планета Земля без необходимости бурить скважины.

Поэтому сейсмический метод до сих пор является самым удобным и совершенным, но он не раскрывает всех тайн.

Необходимо изучать и химический состав планеты. Полученные знания, прежде всего, базируются на изучении излившихся лав, которые в большинстве своем имеют базальтовый состав. Ведь сейсмологический метод позволяет узнать только о плотности вещества, но не о его происхождении и характеристиках.

Следующий, гораздо более экзотический поставщик информации – метеориты, они состоят из первичного вещества, из которого возникла и наша планета, что дает возможность предполагать и строить гипотезы.

Но все же, основные знания были получены с использованием сейсмологического метода — исследование скачкообразных изменений при изучении скоростей сейсмоволн, позволило предположить, что происходит постепенное уплотнение вещества планеты и разбить множество границ внутри Земли.

Соответственно, полученные знания вылились в различные модели, которые будоражили ученых двадцатого века и продолжают совершенствоваться в нашем веке. В 1909 году геофизик Андрей Мохоровичич, открыл слой, резко разделяющий земную кору и мантию, названный границей Мохо, с этого и началось детальное изучение строение Земли.

В 1936 году были доказано существование твердого, внутреннего ядра, так как ядро имеющее свойство жидкости не пропускает поперечные волны, а внутренние пропускает. Затем Буллен и Джеффрис создали общую модель Земли, которая в дальнейшем претерпевала некоторые изменения и дополнения.

Эта модель вводит удобное разделение на зоны, каждая из которых отображает различные свойства (и их изменения) земных недр. Дальнейшие работы опиравшиеся на методы механики, остановились, на первый план вышла физика высоких давлений.

В 1960 году вводится понятие астеносфера — это пластичный слой, начинающийся с глубины примерно 70 км, по которому перемещаются литосферные плиты, там скорость продольных сейсмоволн скачкообразно падает, но после, постепенно она начинает расти.

Изучение строения центра планеты — ядра

Вещество составляющее мантию уплотняется, а скорости колебаний растут — возникает фазовый переход. Таких переходов несколько, и после каждого плотность возрастает до достижения границы внешнего ядра, располагающейся на глубине 2900 км, где происходит последний скачок.

Ядро открыли 1936 году, изучение показало, что оно не является однородной массой вещества, а разделяется на жидкое и твердое на расстоянии около 5156 км.

По последним данным, внешнее ядро находится в жидкой форме и является подвижными потоками расплавов тяжелых металлов — никеля железа, с которыми связано наличие магнитного поля планеты.

Жидкое горячее внешние ядро влияет на вышележащую более холодную мантию, и возникающая разность температур порождает в некоторых местах восходящие потоки мантии — плюмы, которые поднимаются до земной коры и изливаются на поверхность. Огромное давление в центре Земли, делает внутренне ядро твердым. Оно образовалось, когда железоникелевые сплавы (более тяжёлые) «тонули» в мантии, уходя к центру планеты во время ее формирования, кроме них там присутствуют и другие элементы: сера, кремний, кислород.

Вопрос «из чего состоит ядро Земли?» до сегодняшнего дня остается предметом жаркий споров геологов. С развитием мощности и чувствительности современных методов изучения они уйдут в прошлое, но доподлинно известно следующее, что все «сферы», слагающие внутренние слои, могут колебаться, а значит структура Земли — не монолитный массив, в ней каждый слой испытывает давление другого и всё взаимосвязано.

Подводя итог, можно сказать, что вопрос общего внутреннего строения планеты изучен достаточно подробно, а точное строение и состав веществ, слагающих каждый слой в отдельности, установлены при помощи косвенных признаков и требуют более глубоких исследований.

vsesravnenie.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *