Obiectivele de Învățare
Până la sfârșitul acestei secțiuni, veți fi capabili să:
- Descrie caracteristicile planetelor gigant, planete terestre, și corpuri mici din sistemul solar
- Explica-mi ce influențează temperatura de o planetă
- Explica de ce nu este activitate geologică pe unele planete și nu pe alții
faptul că există două tipuri distincte de planete stâncoase planete terestre și de gaze bogate planete ca jupiter—ne determină să credem că s-au format în condiții diferite., Desigur, compozițiile lor sunt dominate de elemente diferite. Să ne uităm la fiecare tip în detaliu.cele mai mari două planete, Jupiter și Saturn, au aproape același machiaj chimic ca soarele; ele sunt compuse în principal din cele două elemente hidrogen și heliu, cu 75% din masa lor fiind hidrogen și 25% heliu. Pe pământ, atât hidrogenul, cât și heliul sunt gaze, astfel încât Jupiter și Saturn sunt uneori numite planete gazoase. Dar, acest nume este înșelător., Jupiter și Saturn sunt atât de mari încât gazul este comprimat în interiorul lor până când hidrogenul devine lichid. Deoarece cea mai mare parte a ambelor planete este formată din hidrogen comprimat, lichefiat, ar trebui să le numim planete lichide.
Figura 1: Jupiter. Această imagine în culori reale a lui Jupiter a fost preluată din nava spațială Cassini în 2000. (credit: modificarea lucrărilor de către NASA / JPL/Universitatea din Arizona)
sub forța gravitației, elementele mai grele se scufundă spre părțile interioare ale unei planete lichide sau gazoase., Prin urmare, atât Jupiter, cât și Saturn au nuclee compuse din rocă, metal și gheață mai grele, dar nu putem vedea aceste regiuni direct. De fapt, atunci când privim de sus în jos, tot ce vedem este atmosfera cu norii ei învolburați (Figura 1). Trebuie să deducem existența nucleului dens în interiorul acestor planete din studiile gravitației fiecărei planete.Uranus și Neptun sunt mult mai mici decât Jupiter și Saturn, dar fiecare are și un nucleu de rocă, metal și gheață., Uranus și Neptun au fost mai puțin eficienți în atragerea hidrogenului și a gazului de heliu, deci au atmosfere mult mai mici proporțional cu nucleele lor.din punct de vedere chimic, fiecare planetă uriașă este dominată de hidrogen și de numeroșii săi compuși. Aproape tot oxigenul prezent este combinat chimic cu hidrogenul pentru a forma apă (H2O). Chimiștii numesc o astfel de compoziție dominată de hidrogen redusă. De-a lungul sistemului solar exterior, găsim apă abundentă (mai ales sub formă de gheață) și reducând chimia.
planetele terestre
planetele terestre sunt destul de diferite de giganți., Pe lângă faptul că sunt mult mai mici, ele sunt compuse în principal din roci și metale. Acestea, la rândul lor, sunt realizate din elemente care sunt mai puțin frecvente în univers ca întreg. Cele mai abundente roci, numite silicați, sunt fabricate din siliciu și oxigen, iar cel mai comun metal este fierul. Putem spune din densitățile lor (vezi Tabelul 2 din prezentarea generală a sistemului nostru planetar) că mercurul are cea mai mare proporție de metale (care sunt mai dense), iar Luna are cea mai mică., Pământul, Venus și Marte au compoziții în vrac aproximativ similare: aproximativ o treime din masa lor constă din combinații fier-nichel sau fier-sulf; două treimi sunt fabricate din silicați. Deoarece aceste planete sunt compuse în mare parte din compuși de oxigen (cum ar fi mineralele silicate ale crustelor lor), se spune că chimia lor este oxidată.când ne uităm la structura internă a fiecăreia dintre planetele terestre, descoperim că cele mai dense metale se află într-un miez central, cu silicații mai ușori lângă suprafață., Dacă aceste planete ar fi lichide, ca și planetele gigantice, am putea înțelege acest efect ca rezultat al scufundării elementelor mai grele datorită tragerii gravitației. Acest lucru ne conduce la concluzia că, deși planetele terestre sunt solide astăzi, la un moment dat trebuie să fi fost suficient de fierbinți pentru a se topi.diferențierea este procesul prin care gravitația ajută la separarea interiorului unei planete în straturi de compoziții și densități diferite. Metalele mai grele se scufundă pentru a forma un miez, în timp ce cele mai ușoare minerale plutesc la suprafață pentru a forma o crustă., Mai târziu, când planeta se răcește, această structură stratificată este păstrată. Pentru ca o planetă stâncoasă să se diferențieze, ea trebuie încălzită până la punctul de topire al rocilor, care este de obicei mai mare de 1300 K.
luni, asteroizi și comete
Din punct de vedere chimic și structural, Luna Pământului este ca planetele terestre, dar majoritatea lunilor se află în sistemul solar exterior și au compoziții similare cu nucleele planetelor uriașe în jurul cărora orbitează., Cele mai mari trei luni—Ganymede și Callisto în sistemul jovian și Titan în sistemul saturnian—sunt compuse jumătate din apă înghețată și jumătate din roci și metale. Majoritatea acestor luni s—au diferențiat în timpul formării, iar astăzi au miezuri de rocă și metal, cu straturi superioare și cruste de gheață foarte rece și—deci foarte tare – (Figura 2).
Figura 2: Ganymede. Această viziune a lunii lui Jupiter Ganymede a fost luată în iunie 1996 de nava spațială Galileo., Culoarea gri maronie a suprafeței indică un amestec prăfuit de material stâncos și gheață. Punctele luminoase sunt locuri în care impacturile recente au descoperit gheață proaspătă de dedesubt. majoritatea asteroizilor și cometelor, precum și cele mai mici luni, probabil nu au fost niciodată încălzite până la punctul de topire. Cu toate acestea, unii dintre cei mai mari asteroizi, cum ar fi Vesta, par a fi diferențiați; alții sunt fragmente din corpuri diferențiate., Deoarece majoritatea asteroizilor și cometelor își păstrează compoziția originală, ele reprezintă un material relativ nemodificat care datează din momentul formării sistemului solar. Într-un anumit sens, ele acționează ca fosile chimice, ajutându-ne să aflăm despre o perioadă lungă de timp ale cărei urme au fost șterse pe lumi mai mari.
temperaturi: mergând la extreme
În general, cu cât o planetă sau o lună este mai departe de soare, cu atât suprafața sa este mai rece. Planetele sunt încălzite de energia radiantă a soarelui, care devine mai slabă cu pătratul distanței., Știți cât de rapid se diminuează efectul de încălzire al unui șemineu sau al unui încălzitor radiant în aer liber pe măsură ce vă îndepărtați de el; același efect se aplică și Soarelui. Mercur, cea mai apropiată planetă de Soare, are un vezicule suprafață de temperatură, care variază de la 280-430 °C pe partea însorit, întrucât temperatura de suprafata de pe Pluto este doar despre -220 °C, mai rece decât aerul lichid.din punct de vedere matematic, temperaturile scad aproximativ proporțional cu rădăcina pătrată a distanței față de soare., Pluto este de aproximativ 30 UA la cel mai apropiat de soare (sau de 100 de ori Distanța lui Mercur) și de aproximativ 49 UA la cel mai îndepărtat de soare. Astfel, temperatura lui Pluto este mai mică decât cea a lui Mercur prin rădăcina pătrată de 100 sau un factor de 10: de la 500 K la 50 K.
pe lângă distanța față de Soare, temperatura suprafeței unei planete poate fi influențată puternic de atmosfera sa. Fără izolarea noastră atmosferică (efectul de seră, care menține căldura), oceanele Pământului ar fi înghețate permanent., În schimb, dacă Marte a avut cândva o atmosferă mai mare în trecut, ar fi putut susține un climat mai temperat decât are astăzi. Venus este un exemplu și mai extrem, în care atmosfera sa groasă de dioxid de carbon acționează ca izolație, reducând scăparea căldurii acumulate la suprafață, rezultând temperaturi mai mari decât cele de pe Mercur. Astăzi, Pământul este singura planetă în care temperaturile de suprafață se află, în general, între punctele de îngheț și de fierbere ale apei. Din câte știm, Pământul este singura planetă care susține viața.,în filmul clasic Vrăjitorul din Oz, Dorothy, eroina, concluzionează după numeroasele sale aventuri în medii „extraterestre” că „nu există loc ca acasă.”Același lucru se poate spune despre celelalte lumi din sistemul nostru solar. Există multe locuri fascinante, mari și mici, pe care am putea dori să le vizităm, dar oamenii nu ar putea supraviețui pe niciunul fără o mare asistență artificială.o atmosferă groasă de dioxid de carbon menține temperatura suprafeței pe vecina noastră Venus la o temperatură de 700 K (aproape 900 °F)., Marte, pe de altă parte, are temperaturi în general sub îngheț, cu aer (de asemenea, în mare parte dioxid de carbon) atât de subțire încât seamănă cu cea găsită la o altitudine de 30 de kilometri (100.000 de picioare) în atmosfera Pământului. Și planeta roșie este atât de uscată încât nu a mai avut ploaie de miliarde de ani.straturile exterioare ale planetelor joviene nu sunt nici suficient de calde, nici suficient de solide pentru locuirea umană., Orice baze pe care le construim în sistemele planetelor uriașe ar trebui să fie în spațiu sau într—una din lunile lor-niciuna dintre acestea nu este deosebit de ospitalieră pentru un hotel de lux, cu piscină și palmieri. Poate că vom găsi paradisuri mai calde adânc în interiorul norilor lui Jupiter sau în ocean, sub gheața înghețată a lunii sale Europa.toate acestea sugerează că ar fi mai bine să avem grijă de pământ, deoarece este singurul loc în care viața așa cum o știm ar putea supraviețui., Activitatea umană recentă poate reduce habitabilitatea planetei noastre prin adăugarea de poluanți în atmosferă, în special dioxidul de carbon puternic al gazelor cu efect de seră. Civilizația umană schimbă dramatic planeta noastră, iar aceste schimbări nu sunt neapărat spre bine. Într-un sistem solar care nu pare pregătit să ne primească, a face pământul mai puțin ospitalier pentru viață poate fi o greșeală gravă.
activitatea geologică
crustele tuturor planetelor terestre, precum și ale lunilor mai mari, au fost modificate de-a lungul Istoriilor lor atât de forțele interne, cât și de cele externe., În exterior, fiecare a fost lovită de o ploaie lentă de proiectile din spațiu, lăsând suprafețele lor marcate de cratere de impact de toate dimensiunile (vezi Figura 3 din prezentarea generală a sistemului nostru planetar). Avem dovezi bune că acest bombardament a fost mult mai mare în istoria timpurie a sistemului solar, dar cu siguranță continuă până în zilele noastre, chiar dacă într-un ritm mai mic. Coliziunea a peste 20 de bucăți mari de cometă Shoemaker-Levy 9 cu Jupiter în vara anului 1994 (vezi Figura 3) este un exemplu dramatic al acestui proces.,
Figura 3: Cometa Shoemaker–Levy 9. În această imagine a cometei Shoemaker-Levy 9 realizată pe 17 Mai 1994, de Telescopul Spațial Hubble al NASA, puteți vedea aproximativ 20 de fragmente de gheață în care s-a rupt cometa. Cometa se afla la aproximativ 660 de milioane de kilometri de pământ, îndreptându-se pe un curs de coliziune cu Jupiter. (credit: modificarea de muncă de către NASA, ESA, H. Weaver (STScl), E. Smith (STScl))
Figura 4 prezinta urma acestor coliziuni, atunci când resturile de nori mai mari decât Pământul ar putea fi văzut în atmosfera lui Jupiter.,
Figura 4: Jupiter cu mari Nori de Praf. Telescopul Spațial Hubble a luat această secvență de imagini ale lui Jupiter în vara anului 1994, când fragmente de cometă Shoemaker–Levy 9 s-au ciocnit cu planeta uriașă. Aici vedem site-ul lovit de fragmentul G, de la cinci minute la cinci zile după impact. Câțiva dintre norii de praf generați de coliziuni au devenit mai mari decât Pământul. (credit: modificarea lucrărilor de către H., În timpul în care toate planetele au fost supuse unor astfel de impacturi, forțele interne de pe planetele terestre și-au îndoit și răsucit crustele, au construit lanțuri muntoase, au erupt ca vulcani și, în general, au remodelat suprafețele în ceea ce numim activitate geologică. (Prefixul geo înseamnă „pământ”, deci acesta este un termen” pământ-șovinist”, dar este atât de utilizat pe scară largă încât ne închinăm tradiției.,) Printre planetele terestre, Pământul și Venus au experimentat cea mai mare activitate geologică de-a lungul Istoriilor lor, deși unele dintre lunile din sistemul solar exterior sunt, de asemenea, surprinzător de active. În schimb, propria noastră lună este o lume moartă în care activitatea geologică a încetat cu miliarde de ani în urmă.activitatea geologică pe o planetă este rezultatul unui interior fierbinte. Forțele vulcanismului și ale construcției montane sunt conduse de căldura care scapă din interiorul planetelor., După cum vom vedea, fiecare dintre planete a fost încălzită la momentul nașterii sale, iar această căldură primordială a alimentat inițial o activitate vulcanică extinsă, chiar și pe luna noastră. Dar, obiecte mici, cum ar fi Luna, s-au răcit curând. Cu cât planeta sau luna este mai mare, cu atât își păstrează mai mult căldura internă și, prin urmare, cu atât ne așteptăm să vedem dovezi de suprafață ale activității geologice continue. Efectul este similar cu propria noastră experiență cu un cartof copt fierbinte: cu cât este mai mare cartoful, cu atât se răcește mai lent. Dacă vrem ca un cartof să se răcească repede, îl tăiem în bucăți mici.,în cea mai mare parte, istoria activității vulcanice pe planetele terestre este conformă cu predicțiile acestei teorii simple. Luna, cea mai mică dintre aceste obiecte, este o lume moartă din punct de vedere geologic. Deși știm mai puțin despre Mercur, se pare că și această planetă a încetat cea mai mare activitate vulcanică cam în același timp cu luna. Marte reprezintă un caz intermediar. A fost mult mai activ decât Luna, dar mai puțin decât Pământul. Pământul și Venus, Cele mai mari planete terestre, au încă interioare topite chiar și astăzi, la aproximativ 4, 5 miliarde de ani de la naștere.,
concepte cheie și rezumat
planetele uriașe au nuclee dense de aproximativ 10 ori masa Pământului, înconjurate de straturi de hidrogen și heliu. Planetele terestre constau în cea mai mare parte din roci și metale. Au fost odată topite, ceea ce le-a permis structurilor să se diferențieze (adică materialele lor mai dense s-au scufundat în centru). Luna seamănă cu planetele terestre în compoziție, dar majoritatea celorlalte luni-care orbitează planetele uriașe-au cantități mai mari de gheață înghețată în ele. În general, lumile mai apropiate de soare au temperaturi de suprafață mai mari., Suprafețele planetelor terestre au fost modificate de impacturile din spațiu și de diferite grade de activitate geologică.
Glosar
diferențiere: separarea gravitațională a materialelor de densitate diferită în straturi în interiorul unei planete sau lună
