Osm planet naší Sluneční soustavy se značně liší, a to nejen z hlediska velikosti, ale také z hlediska hmotnosti a hustoty (tj. její hmotnosti na jednotku objemu). Například, 4 vnitřní planety – ty, které jsou nejblíže Slunci – jsou všechny terestrické planety , což znamená, že jsou složeny především ze silikátových hornin nebo kovů a mají pevný povrch. Na těchto planetách se hustota mění, čím dále se člověk odváží od povrchu k jádru, ale ne výrazně.
Naproti tomu 4 vnější planety jsou označeny jako plynové obři (a/nebo ledoví obři), které se skládají převážně z vodíku, helia a vody existující v různých fyzikálních stavech. I když jsou tyto planety větší co do velikosti a hmotnosti, jejich celková hustota je mnohem nižší. Kromě toho se jejich hustota mezi vnější a vnitřní vrstvou značně liší, od kapalného stavu až po materiály tak husté, že se stávají pevnými jako skála.
Hustota také hraje zásadní roli při určování povrchové gravitace planety a je podstatná pro pochopení toho, jak planeta vznikla. Po zformování Slunce ve středu naší sluneční soustavy vznikly planety z a protoplanetární disk . Zatímco pozemské planety vznikly z prachových zrn ve vnitřní Sluneční soustavě, planety ve vnější Sluneční soustavě nahromadily dostatek hmoty na to, aby se jejich gravitace udržela na zbývajícím plynu z mlhoviny.
Sluneční soustava. Obrazový kredit: NASA
Čím více plynu drželi, tím větší byli. A čím větší byly, tím více hmoty by hromadily, dokud nedosáhly kritického bodu. Zatímco plynní obři Jupiter a Saturn rostli exponenciálně, ledoví obři (Uran a Neptun) s pouhými několika zemskými hmotnostmi mlhovinového plynu nikdy nedosáhli tohoto kritického bodu. Ve všech případech se hustota měří jako počet gramů na krychlový cm (nebo g/cm³).
Hustota Merkuru:
Jako pozemská planeta se Merkur skládá z kovů a silikátového materiálu. Střední hustota Merkuru je druhá nejvyšší ve Sluneční soustavě, která se odhaduje na 5,427 g/cm3– jen o něco méně než hustota Země 5,515 g/cm3Pokud však účinky gravitační komprese – při níž účinky gravitace zmenšují velikost objektu a zvyšují jeho hustotu –, pak je Merkur ve skutečnosti hustší než Země, s nestlačenou hustotou 5,3 g/cm³ ve srovnání se Zemí 4,4. g/cm³.
Tyto odhady lze také použít k odvození podrobností o jeho vnitřní struktuře. Ve srovnání se Zemí je Merkur mnohem menší, a proto jsou jeho vnitřní oblasti méně stlačovány. Proto se má za to, že jeho vysoká hustota je výsledkem velkého jádra bohatého na železo. Celkově vzato se předpokládá, že kovy jako železo a nikl tvoří 70 % hmotnosti planety (více než kterákoli jiná planeta), zatímco silikátové horniny tvoří pouhých 30 %.
Vnitřní struktura Merkuru: 1. Kůra: 100–300 km silná 2. Plášť: 600 km tlustá 3. Jádro: poloměr 1 800 km. Kredit: MASA/JPL
Bylo pro to navrženo několik teorií, ale ta převládající tvrdí, že Merkur měl dříve ve své historii silnější křemičitanovou kůru. Tato kůra byla poté z velké části odfouknuta, když se s planetou srazila velká planetesimála. V kombinaci se svou velikostí a hmotností má Merkur povrchovou gravitaci 3,7 m/s2, což je ekvivalent 0,38 zemské gravitace (také znám jako 1G).
Hustota Venuše:
Druhá planeta od našeho Slunce a také druhá nejbližší terestrická planeta Venuše má průměrnou hustotu 5,243 g/cm3. Opět je to velmi blízko vlastní hustotě Země. A zatímco o geologii a seismologii Venuše zůstává mnoho neznámého, astronomové mají představu o složení a struktuře Venuše na základě srovnávacích odhadů její velikosti, hmotnosti a hustoty.
Stručně řečeno, věří se, že složení a vnitřní struktura Venuše jsou velmi podobné Zemi, sestávající z jádra, pláště a kůry. Stejně jako Země je vnitřek složen z minerálů bohatých na železo, zatímco silikátové minerály tvoří plášť a kůru. O něco menší velikost Venuše také znamená, že tlaky v jejím nitru jsou o 24 % nižší než na Zemi.
Vnitřní struktura Venuše – kůra (vnější vrstva), plášť (střední vrstva) a jádro (žlutá vnitřní vrstva). Kredit: Public Domain
Protože Venuše a Země chladly přibližně stejnou rychlostí, má se za to, že jádro Venuše musí být alespoň částečně kapalné. Neexistence magnetosféry kolem Venuše však vedla vědce k pochybnostem, přičemž někteří tvrdí, že jádro musí mít stejnoměrnou teplotu, zatímco jiní trvají na tom, že je plně chlazené a pevné. Někteří zašli tak daleko, že naznačují, že nemá žádné jádro.
Hustota Země:
Země má nejvyšší hustotu ze všech planet ve sluneční soustavě, a to 5,514 g/cm3. To je považováno za standard, podle kterého se měří hustota jiných planet. Navíc kombinace velikosti, hmotnosti a hustoty Země také vede k povrchové gravitaci 9,8 m/s². To se také používá jako standard (jedenG) při měření povrchové gravitace jiných planet.
Stejně jako ostatní terestrické planety je nitro Země rozděleno do vrstev, které se vyznačují chemickými nebo fyzikálními (reologickými) vlastnostmi. Tyto vrstvy se skládají z jádra složeného ze železa a niklu, horního a spodního pláště složeného z viskózních silikátových materiálů a kůry složené z pevných silikátových materiálů.
Umělecký dojem z nitra Země, který zahrnuje horní a spodní plášť a vnitřní a vnější jádro. Kredit: Huff Post Science
Na rozdíl od ostatních pozemských planet je však oblast jádra Země rozdělena na pevné vnitřní jádro a tekuté vnější jádro. Vnitřní jádro měří odhadem 1220 km a je složeno ze železa a niklu, zatímco vnější jádro se rozprostírá mimo něj do okruhu asi 3400 km. Vnější jádro se také otáčí v opačném směru rotace Země, která je považována za zdroj zemské magnetosféry. Stejně jako u všech planet se tato hustota zvyšuje, čím více se blíží k jádru, a dosahuje odhadem 12 600–13 000 kg/m3ve vnitřním jádru.
Hustota Marsu:
Mars jako terestrická planeta je také rozdělen do vrstev, které jsou rozlišeny na základě svých chemických a fyzikálních vlastností – husté kovové jádro, silikátový plášť a kůra. Celková hustota planety je nižší než hustota Země, odhadovaná na 3,933 g/cm³, a tato hustota se zvyšuje, čím více se člověk blíží k jádru. Stejně jako Země je to způsobeno tím, že jádro je složeno ze železa a niklu, zatímco plášť je tvořen silikátovými materiály.
Současné modely jeho vnitřku zahrnují oblast jádra o poloměru asi 1 794 ± 65 kilometrů (1 115 ± 40 mi), sestávající převážně ze železa a niklu s asi 16–17 % síry. Ve srovnání se zemskou kůrou – která má průměrnou tloušťku 40 km (25 mil) – je průměrná tloušťka kůry Marsu asi 50 km (31 mil), s maximální tloušťkou 125 km (78 mil). Mezi svou velikostí, hmotností a hustotou má Mars povrchovou gravitaci asi 3,711 m/s² – což vychází na 0,38G.
Hustota Jupiteru:
Jako plynný obr (aka. složený převážně z plynné a kapalné hmoty) má Jupiter nižší střední hustotu než kterákoli z pozemských planet. Nicméně při 1,326 g/cm3, je také druhým nejhustším z plynných obrů. Přes jejich neuvěřitelnou velikost a hmotnost je nižší hustota způsobena tím, že jsou z velké části složeny z vzácných plynů, které se udržují ve skupenstvích od plynných po pevné.
Vnitřní struktura a složení Jupiteru. (Obrazový kredit: Kelvinsong/Wikipedia Commons
Navíc se tato hustota značně pohybuje mezi jeho vnějšími plynnými vrstvami a jeho jádrem, o kterém se předpokládá, že se skládá z horniny a je obklopeno vrstvou kovového vodíku. Ve vnější vrstvě, kterou tvoří elementární vodík a helium, je hustota materiálů menší než hustota vody – 0,0002 g/cm³ ve srovnání s 1 g/cm³ vody.
Pod tím, kde je vodík planety v kapalném stavu, hustota stoupá na zhruba 0,5 g/cm³ a na hranici s vrstvou složenou z kovového vodíku se zvyšuje na 1 g/cm³. Vrstva kovového vodíku má mezitím odhadovanou hustotu 4 g/cm³ – tedy přibližně stejnou jako Mars. A v jádru, jehož složení je stále předmětem spekulací, hustota stoupá na 25 g/cm³.
Přestože je jeho průměrná hustota nižší než u pozemských planet, celková velikost, hmotnost a množství materiálu, které Jupiter nacpe do svého rámu, vytváří silnou gravitaci. Měřeno z jeho „povrchu“ (což v tomto případě znamená jeho vrcholky mračen), gravitace Jupitera je více než dva a půlkrát větší než Země – 24,79 m/s2nebo 2,528G.
Hustota Saturnu:
Při 0,687 g/cm3, Saturn je z plynných obrů nejméně hustý. Ve skutečnosti je střední hustota ve skutečnosti nižší než hustota vody, což znamená, že pokud by bylo možné umístit planetu do vany s vodou, plavala by se. Ale stejně jako u Jupitera a dalších obrů se tato hustota značně pohybuje od vnějšku rostliny (která se skládá z elementárního vodíku a helia) až po její jádro (o kterém se opět předpokládá, že je kamenné a obklopené kovovým vodíkem).
Schéma nitra Saturnu. Kredit: Kelvinsong/Wikipedia Commons
Vzhledem ke své větší velikosti, ale nižší hustotě než u pozemských planet je povrchová gravitace Saturnu (opět měřeno z jeho vrcholů mraků) jen o málo vyšší než zemská -10,44 m/s² neboli 1,065.G.
Hustota Uranu:
Se střední hustotou 1,27 g/cm3, Uran je po Saturnu druhým nejmenším z plynných obrů. Jeho mírně vyšší hustota je způsobena jeho složením, které se skládá především z různých těkavých ledů – jako je voda, čpavek a metan – kromě plynů, jako je vodík a helium. Z tohoto důvodu jsou Uran (a Neptun) často označovány jako „ledoví obři“, abychom je odlišili od Jupitera a Saturnu.
Standardní model struktury Uranu je, že se skládá ze tří vrstev. Stejně jako ostatní obři sem patří kamenné jádro a vnější vrstva vodíku a helia. Ale v případě Uranu jsou tyto vrstvy spojeny ledovým pláštěm uprostřed, spíše než pláštěm tvořeným kapalným vodíkem. Přítomnost metanu v jeho atmosféře je také to, co dává Uranu jeho zvláštní odstín.
Celková velikost, hmotnost a hustota Uranu také znamenají, že jeho povrchová gravitace je menší než zemská. Celkově vzato to vychází na 8,69 m/s², což odpovídá 0,886G.
Schéma vnitřku Uranu. Kredit: Public Domain
Hustota Neptunu:
Průměrná hustota Neptunu je 1,638 g/cm³, což z něj činí nejhustší ze všech obrů. Stejně jako Uran se skládá z vyšších koncentrací těkavých látek než Jupiter a Saturn. Stejně jako Uran se jeho vnitřek rozlišuje mezi hustým jádrem sestávajícím z křemičitanů a kovů, pláštěm skládajícím se z ledu z vody, čpavku a metanu a atmosférou sestávající z vodíku, helia a plynného metanu.
Vyšší koncentrace metanu v atmosféře Neptunu je důvodem, proč má Neptun tmavší odstín než Uran. A mezi svou velikostí, hmotností a hustotou má Neptun povrchovou gravitaci 11,15 m/s2– což je ekvivalent 1.14G.
Jak vidíte, hustoty slunečních planet se velmi liší. Zatímco ty, které jsou blíže Slunci, jsou pozemské a poměrně husté, ty, které obývají vnější sluneční soustavu, jsou z velké části plynné a kapalné, a proto jsou v průměru méně husté.
Napsali jsme mnoho zajímavých článků o hustotách planet zde na Universe Today. Zde je Hustota Venuše , Hustota Země , Hustota Měsíce , Hustota Marsu , Hustota Saturnu , Hustota Uranu a Hustota Neptunu .
Pokud hledáte další informace, podívejte se Stránka NASA s průzkumem sluneční soustavy a zde je odkaz na Simulátor sluneční soustavy NASA .
Astronomy Cast má epizody na všech planetách včetně Epizoda 49: Merkur ,