Должны ли все планеты иметь твердое/жидкое ядро?

Газ, нет. Жидкость, да, технически.

Что касается водной планеты, вы можете посмотреть на фазовую диаграмму очень высоких температур и давлений , чтобы интуитивно увидеть, что, хотя это может быть правдой, это не будет очень удовлетворительным. При любой приемлемой внутренней температуре планеты водная планета будет иметь твердое ледяное ядро.

Из этого можно сделать вывод, что некоторые виды водяного льда могут обжечь вас, если вы к ним прикоснетесь . Конечно, они сожгут ваше ужасно изуродованное тело, потому что они существуют только при очень высоком давлении.

Но вернемся к другим материалам, кроме воды. Схема взята из этой публикации . Это предполагаемая фазовая диаграмма воды при очень высоких температурах и давлениях. В частности, внутри Урана и Нептуна. Оказывается, в таких условиях вода перестает быть водой. Это происходит со всеми веществами при экстремальных температурах и давлениях.

Например, как указывал Керш, водород превращается в металлическую жидкость при высоком давлении и достаточной температуре. Как те, которые испытали внутри планеты. Металлический жидкий водород может быть в 5-40 раз плотнее жидкого водорода . Это означает, что планета, состоящая исключительно из водорода, будет плавно переходить из газа в жидкость, а самая плотная жидкость будет в несколько раз плотнее жидкой воды. Не было бы поверхности. По мере увеличения плотности атомы в конечном итоге не могут держаться подальше друг от друга, и планета становится звездой.

Легко представить, что в очень ранней Вселенной все планеты полностью состояли из водорода и гелия. Другими словами, в какой-то момент планет без твердого ядра могло быть больше, чем планет с твердым ядром.

Жидкое ядро

Определенно возможно иметь ядро ​​из жидкого водорода. Это возможно даже в газовом гиганте, но свойства материалов при таких температурах и давлениях в основном теоретические.

В отличие от воды, которая всегда находится в твердом состоянии при достаточно высоких давлениях, достаточно горячий водород под давлением превращается сначала в жидкость, а затем (теоретически) в жидкий металл. Это может быть то, что происходит с газовыми гигантами в нашей Солнечной системе, хотя в их ядрах достаточно других элементов, чтобы они были твердыми.

Фазовая диаграмма водорода высокого давления выглядит следующим образом:

Так что да, у вас может быть планета с ядром из жидкого водорода. Сделайте его размером с Юпитер, но удалите примеси.

Газовые ядра

Мне нужно еще немного изучить газовые ядра, но я не думаю, что они сработают, по крайней мере, для стабильной планеты. Чтобы быть размером с планету и достаточно горячим, чтобы поддерживать газовое ядро, я предполагаю, что либо вы зажжете ядерный синтез в ядре и сформируете звезду, либо во внешних слоях атмосферы будет слишком много энергии, чтобы быть удерживается гравитацией и будет потерян в космосе.

Краткий ответ: да, у планет должно быть жидкое/каменистое ядро .

Почти для всех веществ при чрезвычайно высоких давлениях/температурах происходит одно из двух: либо вы прошли критическую точку, и различие между газом и жидкостью становится бессмысленным, либо вы сжали свое вещество в твердое тело.

Я не знаю, как это рассчитать, но я полагаю, что может существовать газ, который будет достаточно сопротивляться сжижению, чтобы планета, состоящая из газа, имела бы достаточную гравитацию, чтобы предотвратить утечку этого газа, и была бы достаточно низкой. массы, чтобы предотвратить переход газа в сверхкритическое состояние/сжижение.

Однако солнечные системы обычно неоднородны. Вместо этого они содержат много различной материи, включая материю, которая была бы жидкой/твердой при температуре и давлении ядра планеты. Таким образом, хотя теоретически возможно существование планеты (и я не решаюсь поверить, что это возможно на самом деле), на практике это, откровенно говоря, не могло произойти.

Редактировать:
Да, такая планета может существовать (даже состоящая из воды):

По сути, мы ищем, какая масса поместит 100 кбар или меньше в центр планеты на расстоянии от звезды, которая обеспечивает планету 650 КБ тепла?

Ртуть кажется подходящей для жары, давайте побежим с ней:

Учитывая эту фазовую диаграмму, вы могли бы иметь планету, которая не испытывает давления более 100 кбар в центре своей массы, которая вращается на расстоянии Меркурия. Меркурий имеет внутреннее давление 400 000 атмосфер, но его плотность в 5,4 раза больше, чем у воды. Уменьшите внутреннее давление нашего водного мира на 1/5, потому что плотность нашей гипотетической планеты составляет 1/5. Нам нужно только оставаться ниже ~ 98 000 атм (мы на 74 074 атм), чтобы быть ниже 100 кбар. Это означает, что у нас могла бы быть жидкая планета больше, чем размер Меркурия, на расстоянии немного большем, чем расстояние Меркурия от Солнца или меньше. При условии равномерного нагрева всей планеты.

Однако, согласно этой ссылке , это не проблема, мы разместили нашу планету на (или ближе) тепловом расстоянии 650К от Солнца.

Верхушка океана кипит, но атмосфера на поверхности также имеет стопроцентную влажность. Любой дождь (из-за охлаждения тропосферы) закипит до того, как он ударит, но у вас, вероятно, будет облачный покров где-то посередине. Дождь потенциально может падать на ночной стороне, или если облачный покров обеспечивает достаточную защиту от тени/тепла. Однако облачный покров не делает Венеру холодной. Облачный покров также блокирует потерю тепла в космос, а это означает, что ночная сторона планеты будет теплее, чем ночная сторона Меркурия.

Отсутствие магнитосферы означает, что мы будем постоянно терять эту атмосферу водяного пара (ну, и чистый кислород, так как водород удаляется посредством фотодиссоциации). Я не уверен, как долго просуществует планета после ее создания и нагревания.

Так много мыслей по этой концепции/вопросу, и я не хочу еще больше загромождать комментарии.

Некоторые мысли:

Вам понадобятся исключительно чистые жидкости/газы, чтобы сформировать нетвердую планету. Все, что может выпасть в осадок, образует твердое ядро. Вероятно, это намного меньше, чем одна часть на миллион (или даже 1 часть на миллион). Я не уверен в том, насколько чистой нам нужно будет сделать вышеупомянутую планету с жидкой водой. Я почти уверен, что это выходит за рамки наших нынешних возможностей. OTOH, может быть, вы позволите ядру сформироваться, а затем поднимете его с помощью массивных двигателей.

Вам также (скорее всего) нужна исключительно чистая солнечная система, поскольку одно из определений планеты — это что-то, что очищает ее орбитальный путь. У вас не может быть астероидов (и, вероятно, даже космической пыли, для значений возраста более миллиарда лет) или чего-либо еще, что может быть засосано вашей планетой, иначе они сформируют твердое ядро. Конечно, наши инопланетяне могли продолжать извлекать ядра, бросать их в текущую луну и позволять этой луне превращаться в сплюснутый сфероид.

редактировать:
если это не было ясно из других комментариев и других частей этого ответа, планета должна была быть маленькой. Я не уверен, насколько он мал, но он не мог быть газовым гигантом, так как он достаточно велик, чтобы его гравитация затвердела газы (и, скорее всего, его жидкости).

Вы можете получить газовую планету с жидким ядром, особенно если ваша планета собирает кометы или имеет свободный водород/кислород, который может быть поражен молнией, или что-то еще. Я предполагаю, что весь смысл этого упражнения в том, что вы хотите пройти через свою планету - столкновение с поверхностью жидкости (которая существует при огромном давлении) на достаточной скорости (только скорость падения, а тем более полет с меньшей мощностью) может быть проблемой.

Мне было бы любопытно узнать, будет ли у достаточно маленькой газовой планеты (очевидно, не гигантской) достаточно тяжелых газов, чтобы все еще поддерживать собственную гравитацию, при этом потеряв более легкие, чтобы избежать твердогазового ядра. Или достаточно маленькая планета могла бы образоваться даже из газов? IIRC, они не могут образовываться внутри солнечных систем (уноситься ветром), но формируются на внешнем краю, выбрасываются внутрь и плавятся...

Кажется, никто не упоминает единственную известную нам планету, которая определенно имеет жидкое ядро:

Внутреннее ядро ​​Земли состоит из твердого железа, но оно окружено внешним ядром из жидкого железа.

Почти наверняка известно, что ранее в истории планеты все ядро ​​было жидким. Внутреннее ядро ​​образовалось только после того, как внутренняя часть планеты достаточно остыла, чтобы железо начало затвердевать. Внутреннее ядро ​​будет расти со временем все больше и больше. По сути, это как кубик льда, плавающий в воде, которая медленно охлаждается, с той лишь разницей, что твердое железо тяжелее жидкого, поэтому оно опускается на дно. В конце концов все ядро ​​замерзнет, ​​но на это уйдут миллиарды лет.

Есть также планета, которая может ответить на этот вопрос .

Если это невозможно, то возможен ли газовый гигант с жидким, но не твердым ядром?

Считается, что Юпитер имеет небольшое каменистое ядро ​​под слоем (жидкого) металлического водорода, но точно неизвестно, существует ли оно. Возможно, Юпитер образовался без него или же он растворился впоследствии. В этом случае ядро ​​планеты было бы полностью жидким.

Даже если это не относится к Юпитеру, вполне возможно иметь планету, подобную Юпитеру, без каменного ядра. Это было бы особенно легко, если бы он образовался намного раньше в истории Вселенной, потому что раньше не было столько тяжелых элементов, сколько сейчас. Если предположить, что планеты могли образоваться вокруг звезд первого поколения (я не вижу причин, почему они не могли этого сделать), они должны были полностью состоять из водорода и гелия и не иметь твердого ядра.

(Предположительно, некоторые из них будут отброшены от своих звезд и все еще будут существовать сегодня в межзвездном пространстве. Однако со временем они остынут, и водород может замерзнуть, если станет достаточно холодным — я не знаю, есть они или нет. будет остывать достаточно медленно, чтобы все еще оставаться жидким.)