Die acht Planeten unseres Sonnensystems variieren stark, nicht nur in Bezug auf ihre Größe, sondern auch in Bezug auf Masse und Dichte (d. h. ihre Masse pro Volumeneinheit). Zum Beispiel die 4 innere Planeten – diejenigen, die der Sonne am nächsten sind – sind alle terrestrische Planeten , d.h. sie bestehen hauptsächlich aus Silikatgesteinen oder Metallen und haben eine feste Oberfläche. Auf diesen Planeten variiert die Dichte, je weiter man sich von der Oberfläche zum Kern vordringt, aber nicht wesentlich.
Im Gegensatz dazu ist die 4 äußere Planeten werden bezeichnet als Gasriesen (und/oder Eisriesen), die hauptsächlich aus Wasserstoff, Helium und Wasser bestehen und in verschiedenen physikalischen Zuständen vorliegen. Obwohl diese Planeten größer und massereicher sind, ist ihre Gesamtdichte viel geringer. Darüber hinaus variiert ihre Dichte zwischen der äußeren und der inneren Schicht erheblich und reicht vom flüssigen Zustand bis hin zu Materialien, die so dicht sind, dass sie felsenfest werden.
Die Dichte spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Oberflächengravitation eines Planeten und ist ein wesentlicher Bestandteil des Verständnisses, wie ein Planet entstanden ist. Nach der Entstehung der Sonne im Zentrum unseres Sonnensystems entstanden die Planeten aus a protoplanetare Scheibe . Während die terrestrischen Planeten aus Staubkörnern im inneren Sonnensystem entstanden, sammelten Planeten im äußeren Sonnensystem genug Materie an, damit ihre Schwerkraft das übrig gebliebene Gas des Nebels festhalten konnte.
Das Sonnensystem. Bildquelle: NASA
Je mehr Gas sie festhielten, desto größer wurden sie. Und je größer sie wurden, desto mehr Materie sammelten sie an, bis sie einen kritischen Punkt erreichten. Während die Gasriesen von Jupiter und Saturn exponentiell wuchsen, erreichten die Eisriesen (Uranus und Neptun) mit nur wenigen Erdmassen aus Nebelgas diesen kritischen Punkt nie. In allen Fällen wird die Dichte als Gramm pro Kubikzentimeter (oder g/cm³) gemessen.
Dichte von Quecksilber:
Als terrestrischer Planet besteht Merkur aus Metallen und Silikatmaterial. Die mittlere Dichte von Merkur ist die zweithöchste im Sonnensystem und wird auf 5,427 g/cm . geschätzt3– nur etwas weniger als die Dichte der Erde von 5,515 g/cm²3.Wenn jedoch die Auswirkungen der Gravitationskompression – bei der die Auswirkungen der Schwerkraft die Größe eines Objekts verringern und seine Dichte erhöhen – dann ist Merkur tatsächlich dichter als die Erde, mit einer unkomprimierten Dichte von 5,3 g/cm³ im Vergleich zu 4,4 . der Erde g/cm³.
Diese Schätzungen können auch verwendet werden, um auf Details seiner inneren Struktur zu schließen. Im Vergleich zur Erde ist Merkur viel kleiner, weshalb seine inneren Regionen weniger Druck ausgesetzt sind. Daher wird angenommen, dass seine hohe Dichte das Ergebnis eines großen und eisenreichen Kerns ist. Alles in allem wird angenommen, dass Metalle wie Eisen und Nickel 70 % der Masse des Planeten ausmachen (mehr als jeder andere Planet), während Silikatgestein nur 30 % ausmacht.
Innere Struktur von Merkur: 1. Kruste: 100–300 km dick 2. Mantel: 600 km dick 3. Kern: 1.800 km Radius. Bildnachweis: MASA/JPL
Dafür wurden mehrere Theorien vorgeschlagen, aber die vorherrschende behauptet, dass Merkur früher in seiner Geschichte eine dickere Silikatkruste hatte. Diese Kruste wurde dann weitgehend weggeblasen, als ein großes Planetesimal mit dem Planeten kollidierte. Zusammen mit seiner Größe und Masse hat Merkur eine Oberflächengravitation von 3,7 m/s .2, was 0,38 der Erdanziehungskraft entspricht (auch bekannt als 1g).
Dichte der Venus:
Der zweite Planet unserer Sonne sowie der zweitnächste terrestrische Planet, Venus, hat eine mittlere Dichte von 5,243 g/cm3. Auch dies ist sehr nah an der eigenen Dichte der Erde. Und während über die Geologie und Seismologie der Venus noch vieles unbekannt ist, haben Astronomen eine Vorstellung von der Zusammensetzung und Struktur der Venus, basierend auf vergleichenden Schätzungen ihrer Größe, Masse und Dichte.
Kurz gesagt, es wird angenommen, dass die Zusammensetzung und die innere Struktur der Venus der Erde sehr ähnlich sind und aus einem Kern, einem Mantel und einer Kruste bestehen. Ebenso wie die Erde soll das Innere aus eisenreichen Mineralien bestehen, während silikatische Mineralien den Mantel und die Kruste bilden. Die etwas kleinere Größe der Venus bedeutet auch, dass der Druck in ihrem tiefen Inneren um 24% niedriger ist als der der Erde.
Der innere Aufbau der Venus – die Kruste (äußere Schicht), der Mantel (mittlere Schicht) und der Kern (gelbe innere Schicht). Kredit: Gemeinfrei
Da sich Venus und Erde ungefähr gleich schnell abgekühlt haben, wird angenommen, dass der Kern der Venus zumindest teilweise flüssig sein muss. Das Fehlen einer Magnetosphäre um die Venus hat jedoch Wissenschaftler dazu veranlasst, dies in Frage zu stellen. Einige behaupten, dass der Kern eine einheitliche Temperatur aufweisen muss, während andere darauf bestehen, dass er vollständig gekühlt und fest ist. Einige gingen sogar so weit zu behaupten, dass es keinen Kern hat.
Dichte der Erde:
Die Erde hat mit 5,514 g/cm² die höchste Dichte aller Planeten im Sonnensystem3. Dies gilt als der Standard, nach dem die Dichten anderer Planeten gemessen werden. Darüber hinaus ergibt die Kombination aus Größe, Masse und Dichte der Erde auch eine Oberflächengravitation von 9,8 m/s². Dies wird auch als Standard verwendet (einerg) bei der Messung der Oberflächengravitation anderer Planeten.
Das Erdinnere ist wie die anderen terrestrischen Planeten in Schichten unterteilt, die sich durch ihre chemischen oder physikalischen (rheologischen) Eigenschaften unterscheiden. Diese Schichten bestehen aus einem Kern aus Eisen und Nickel, einem oberen und unteren Mantel aus zähflüssigen Silikatmaterialien und einer Kruste aus festen Silikatmaterialien.
Künstlerische Darstellung des Erdinneren, das den oberen und unteren Erdmantel sowie den inneren und äußeren Kern umfasst. Bildnachweis: Huff Post Science
Im Gegensatz zu den anderen terrestrischen Planeten ist die Kernregion der Erde jedoch in einen festen inneren Kern und einen flüssigen äußeren Kern unterteilt. Der innere Kern misst schätzungsweise 1220 km und besteht aus Eisen und Nickel, während sich der äußere Kern bis zu einem Radius von etwa 3.400 km darüber hinaus erstreckt. Der äußere Kern dreht sich auch in die entgegengesetzte Richtung der Erdrotation, von der angenommen wird, dass sie die Quelle der Magnetosphäre der Erde ist. Wie bei allen Planeten nimmt diese Dichte zu, je näher man dem Kern kommt und erreicht schätzungsweise 12.600 bis 13.000 kg/m²3im inneren Kern.
Dichte des Mars:
Als terrestrischer Planet ist auch der Mars in Schichten unterteilt, die sich nach ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften unterscheiden – einen dichten metallischen Kern, einen Silikatmantel und eine Kruste. Die Gesamtdichte des Planeten ist geringer als die der Erde, geschätzt auf 3,933 g/cm³, und diese Dichte nimmt zu, je näher man dem Kern kommt. Dies liegt wie bei der Erde daran, dass der Kern aus Eisen und Nickel besteht, während der Mantel aus silikatischen Materialien besteht.
Aktuelle Modelle seines Inneren implizieren eine Kernregion mit einem Radius von etwa 1.794 ± 65 km (1115 ± 40 mi), die hauptsächlich aus Eisen und Nickel mit etwa 16-17 % Schwefel besteht. Im Vergleich zur Erdkruste – die durchschnittlich 40 km (25 Meilen) dick ist – beträgt die durchschnittliche Dicke der Marskruste etwa 50 km (31 Meilen), mit einer maximalen Dicke von 125 km (78 Meilen). Zwischen seiner Größe, Masse und Dichte hat der Mars eine Oberflächengravitation von etwa 3,711 m/s² – was 0,38 entsprichtg.
Dichte des Jupiters:
Als Gasriese (auch bekannt als hauptsächlich aus gasförmiger und flüssiger Materie bestehend) hat Jupiter eine geringere mittlere Dichte als jeder der terrestrischen Planeten. Bei 1,326 g/cm²3, es ist auch der zweitdichteste der Gasriesen. Trotz ihrer unglaublichen Größe und Masse ist die geringere Dichte darauf zurückzuführen, dass sie größtenteils aus Edelgasen bestehen, die in gasförmigen bis festen Zuständen gehalten werden.
Die innere Struktur und Zusammensetzung des Jupiter. (Bildquelle: Kelvinsong/Wikipedia Commons
Darüber hinaus schwankt diese Dichte beträchtlich zwischen seinen äußeren Gasschichten und seinem Kern, der vermutlich aus Gestein besteht und von einer Schicht aus metallischem Wasserstoff umgeben ist. In der äußersten Schicht, die aus elementarem Wasserstoff und Helium besteht, ist die Dichte der Materialien geringer als die von Wasser – 0,0002 g/cm³ gegenüber 1 g/cm³ Wasser.
Darunter, wo sich der Wasserstoff des Planeten im flüssigen Zustand befindet, steigt die Dichte auf etwa 0,5 g/cm³ und an der Grenze zur Schicht aus metallischem Wasserstoff auf 1 g/cm³ an. Die Schicht metallischer Wasserstoff hingegen hat eine geschätzte Dichte von 4 g/cm³ – also etwa so viel wie der Mars. Und im Kern, über dessen Zusammensetzung noch spekuliert wird, steigt die Dichte auf 25 g/cm³.
Obwohl seine durchschnittliche Dichte geringer ist als die der terrestrischen Planeten, sorgen die Gesamtgröße, Masse und die Menge an Material, die er in seinem Rahmen verpackt, für eine starke Schwerkraft. Gemessen von seiner „Oberfläche“ (was in diesem Fall seine Wolkenspitzen bedeutet) beträgt die Gravitation des Jupiter mehr als das Zweieinhalbfache der Erdanziehungskraft – 24,79 m/s .2, oder 2.528g.
Dichte von Saturn:
Bei 0,687 g/cm²3, Saturn ist der Gasriese mit der geringsten Dichte. Tatsächlich ist seine mittlere Dichte tatsächlich niedriger als die von Wasser, was bedeutet, dass der Planet, wenn er in eine Wanne mit Wasser gelegt werden könnte, schwimmen würde. Aber wie bei Jupiter und den anderen Riesen reicht diese Dichte beträchtlich vom Äußeren der Pflanze (das aus elementarem Wasserstoff und Helium besteht) bis zu ihrem Kern (der wiederum als felsig gilt und von metallischem Wasserstoff umgeben ist).
Diagramm des Inneren des Saturn. Bildnachweis: Kelvinsong/Wikipedia Commons
Aufgrund seiner größeren Größe, aber geringeren Dichte als terrestrische Planeten, ist die Oberflächengravitation des Saturn (wiederum von seinen Wolkenspitzen gemessen) nur geringfügig höher als die der Erde mit -10,44 m/s² oder 1,065g.
Dichte von Uranus:
Mit einer mittleren Dichte von 1,27 g/cm²3, Uranus ist nach Saturn der zweitdichteste der Gasriesen. Seine etwas höhere Dichte ist auf seine Zusammensetzung zurückzuführen, die neben Gasen wie Wasserstoff und Helium vor allem aus verschiedenen flüchtigen Eissorten wie Wasser, Ammoniak und Methan besteht. Aus diesem Grund werden Uranus (und Neptun) oft als „Eisriesen“ bezeichnet, um sie von Jupiter und Saturn zu unterscheiden.
Das Standardmodell der Struktur von Uranus besteht darin, dass sie aus drei Schichten besteht. Wie die anderen Riesen umfasst dieser einen felsigen Kern und eine äußere Schicht aus Wasserstoff und Helium. Aber im Fall von Uranus sind diese Schichten durch einen eisigen Mantel in der Mitte verbunden und nicht aus flüssigem Wasserstoff. Das Vorhandensein von Methan in seiner Atmosphäre gibt Uranus auch seinen besonderen Farbton.
Die Gesamtgröße, Masse und Dichte des Uranus bedeuten auch, dass seine Oberflächengravitation geringer ist als die der Erde. Alles in allem ergibt es 8,69 m/s², was 0,886 . entsprichtg.
Schema des Inneren von Uranus. Kredit: Gemeinfrei
Dichte von Neptun:
Die mittlere Dichte von Neptun beträgt 1,638 g/cm³ und ist damit der dichteste aller Giganten. Wie Uranus besteht es aus höheren Konzentrationen flüchtiger Stoffe im Vergleich zu Jupiter und Saturn. Ebenso wie Uranus unterscheidet sich sein Inneres zwischen einem dichten Kern aus Silikaten und Metallen, einem Mantel aus Wasser, Ammoniak und Methaneis und einer Atmosphäre aus Wasserstoff, Helium und Methangas.
Die höheren Methankonzentrationen in der Atmosphäre von Neptun sind der Grund dafür, dass sie einen dunkleren Farbton als Uranus hat. Und zwischen seiner Größe, Masse und Dichte hat Neptun eine Oberflächengravitation von 11,15 m/s .2– das entspricht 1,14g.
Wie Sie sehen können, variiert die Dichte der Sonnenplaneten stark. Während diejenigen, die näher an der Sonne liegen, terrestrisch und ziemlich dicht sind, sind diejenigen, die das äußere Sonnensystem bewohnen, größtenteils gasförmig und flüssig und daher im Durchschnitt weniger dicht.
Wir haben hier bei Universe Today viele interessante Artikel über die Dichten von Planeten geschrieben. Hier ist das Dichte der Venus , das Dichte der Erde , das Dichte des Mondes , das Dichte des Mars , das Dichte von Saturn , das Dichte von Uranus , und der Dichte von Neptun .
Wenn Sie weitere Informationen suchen, schauen Sie vorbei NASA-Seite zur Erforschung des Sonnensystems , und hier ist ein Link zu Der Sonnensystemsimulator der NASA .
Astronomy Cast hat Episoden auf allen Planeten, einschließlich Folge 49: Merkur ,
