Есть ли планета, наполовину газообразная, наполовину каменистая? Это возможно?

Вероятно. Относительно мало известно об экзопланетах, потому что их очень трудно разглядеть, но нет никаких причин, по которым каменистый мир не мог бы накопить достаточно льда и/или газа, чтобы также напоминать газового гиганта. Теперь наполовину скалистый наполовину газовый гигант (водород/гелий) может быть редкостью. Вполне возможно, что наполовину скалистые, наполовину «льды» уже наблюдались. Это помогает понять формирование планет и изобилие элементов.

Вероятно, существует предел размера каменистых планет с тонкой атмосферой, потому что масса имеет тенденцию накапливаться и удерживать атмосферу, а поскольку водород и гелий являются самыми распространенными газами во Вселенной, как только планета становится достаточно массивной, она должна собирать и удерживать водород и гелий и начинать напоминать Юпитер или Сатурн, даже если он начинался как каменистый мир.

Каменистым мирам нужны такие элементы, как магний, кремний и железо, часто связанные с кислородом. около 90% массы каменистых миров в нашей Солнечной системе приходится на эти 4 элемента, и 90% — неплохая оценка для каменистых экзопланет.

На основе нашей солнечной системы:

Железо составляет около 0,117%, кремний 0,065% и магний 0,051%, что составляет около 0,234% массы солнечной системы. Кислород, связанный с этими элементами, при использовании состава Земли в качестве оценки добавляет еще около 50%, примерно до 0,35%. Водород и гелий составляют около 97,6%, что оставляет около 2% массы Солнечной системы в виде льдов и более тяжелых газов, а не водорода и гелия. В первую очередь это вода, аммиак, CO2 и метан с меньшим количеством других газов/льда.

Эти цифры приблизительны, но достаточно хороши для оценки. В нашей Солнечной системе примерно в 6 раз больше льда и более тяжелых газов по массе, чем каменистого материала, а водорода и гелия почти в 40 раз больше, чем других элементов.

Планеты должны быть достаточно большими, чтобы содержать водород и гелий . Юпитер и Сатурн — единственные планеты в нашей Солнечной системе, изобилующие водородом и гелием. Даже на меньших газовых гигантах Уране и Нептуне сравнительно мало водорода и гелия.

Так что, вероятно, не существует такого понятия, как маленький газовый гигант. Газовые гиганты должны быть большими, иначе их не будет вообще. (Я должен сделать сноску, что по мере того, как газовый гигант теряет атмосферу, вы можете получить небольшой газовый гигант, но это будет в переходной фазе).

Мне не нравится термин «ледяные гиганты», хотя он часто используется для определения Нептуна и Плутона, потому что они в основном состоят из льда (вода, метан, CO2, NH3), а не из водорода/гелия. Мне не нравится называть их «ледяными гигантами», когда они также могут быть горячими, поэтому я предпочитаю термин Нептун, как планеты или Нептуны.

Уран (планета типа Нептуна) в основном состоит из льдов и более тяжелых газов с оценкой всего 3-10% водорода и гелия . По оценкам, около 70%-90% льда/не водорода/гелия, а остальное, около 7%-20% более плотного материала. Это могут быть некоторые другие элементы, возможно, затвердевший углерод (алмазы), более высокое содержание серы и более низкое содержание железа в процентах, чем у Земли, а также некоторые силикаты, подобные Земле. оксиды магния, железо и оксиды железа, хотя высокая внутренняя температура может не сильно повлиять на химические связи по направлению к центру планеты, где температура достигает 9000 градусов по Цельсию.

Нептун похож на Уран, но более массивен и плотен. Считается, что у него больше воды и, возможно, большая внутренняя мантия, хотя, как и у Урана, большая часть его массы состоит из льда и тяжелых газов (не водорода/гелия).

Нептун и Уран имеют водород в виде метана, аммиака и воды, но я считаю этот водород частью их «тяжелых газов/льдов». Они оба имеют сравнительно низкий процент свободного водорода (3–10%), что делает четкое различие между планетами, подобными Нептуну, и газовыми гигантами, такими как Юпитер и Сатурн , у которых большая часть их массы составляет водород .

Это помогает думать о том, как формируются планеты. Меньшие планеты имеют слишком малую гравитацию, чтобы удерживать водород и газообразный гелий, а солнечные системы в основном слишком теплые, чтобы водород мог замерзнуть, поэтому планеты по большей части состоят из твердого материала, либо из скал, либо из льда, который слипается во время формирования. Когда у них будет достаточно гравитации, они смогут начать удерживать атмосферу, и чем дальше от звезды, тем легче это сделать.

Лунный Титан, например, мал, чтобы иметь атмосферу, но он довольно далеко от Солнца и в основном состоит из льда на своей поверхности, поэтому, когда лед на его поверхности тает, он в основном пополняет свою атмосферу. Титан все еще выделяет газ и теряет атмосферу, но он теряет атмосферу достаточно медленно, чтобы сохранить атмосферу, но в некотором смысле он находится в переходном состоянии, когда его атмосфера испаряется. Когда он иссякает на поверхностном льду, который легко тает, он должен начать напоминать ледяные спутники Юпитера.

Итак, вернемся к вашему первоначальному вопросу. Возможны многие комбинации, некоторые нет. Детские Юпитеры (масса Нептуна), вероятно, маловероятны, хотя газовый гигант рядом со своей звездой, потерявший большую часть своей атмосферы, может напоминать маленького Юпитера, но, как и Титан, он будет переходным.

Скалистых Юпитеров маловероятно, потому что количество водорода превышает количество каменистого материала более чем в 200 раз на большей части Млечного Пути. Теперь некоторые солнечные системы, вероятно, более «металлические», чем другие, поэтому это соотношение будет иметь некоторые различия, но как только масса станет достаточной для образования газового гиганта, водород, вероятно, будет распространенным элементом, а гелий № 2 и любое каменное ядро будет казаться карликом по сравнению с водородом и гелием.

Каменистый Нептун, однако, почему бы и нет. Планета с 8 земными массами земного материала и 8 земными массами льда (и 5%-10% водорода) будет в основном скалистым Нептуном. Скорее всего, он был бы немного меньше и, конечно, плотнее, но внешне не сильно отличался бы от него.

Водные миры - это общий термин, который можно охарактеризовать как «скалистый нептун». Мы точно не знаем, из чего они сделаны, но оценки плотности предполагают высокий процент воды (и, предположительно, CO2, CH4, NH3), которая составляет большую часть Урана и Нептуна.

Вот карта экзопланет с массой менее 20 масс Земли. Я подозреваю, что в этих оценках есть значительная погрешность, но они более или менее согласуются с аргументом скалистого нептуна. Планеты с 2 или 3 граммами на кубический сантиметр будут в этом диапазоне.

См. схему: www.hpcf.upr.edu/~abel/phl/hec_plots/exoplanet_df.png

Источник .

Детские Нептуны с массой всего в 1 или 2 массы Земли тоже возможны, но они, вероятно, должны быть довольно холодными и далеко от своей звезды, иначе они рискуют потерять свою атмосферу.

Ледяные миры, такие как Плутон, могут быть довольно маленькими, но на Плутоне очень мало атмосферы. Планеты обычно должны быть достаточно большими, чтобы сохранить свою атмосферу. Если им слишком холодно, эта атмосфера замерзает. Титан, как я упоминал выше, находится в том, что можно назвать медленным переходом, когда его атмосфера приходит с его поверхности и медленно ее теряет. Церера, судя по ее плотности, тоже представляет собой ледяной луноподобный объект, хотя она потеряла почти весь свой поверхностный лед, но, вероятно, под ее поверхностью находится много воды/«льда».

Я думаю, что ответ @userLTK довольно полный, но я хотел бы добавить его с другой точки зрения.

Астрономы, как и все люди, склонны классифицировать то, что мы видим, с помощью слов. Это необходимо для быстрой связи, но иногда есть объекты, которые находятся на границе одной категории и другой (например, коричневый карлик).

Реальность довольно аналогична в больших масштабах, и мы склонны ее урезать, «оцифровывать», чтобы понять, о чем мы говорим, но почти всегда будут примеры в пределах от одной категории к другой или даже суперпозиции, имеющие один и тот же объект в двух категориях.

Как уже отмечалось, количество газа на планете зависит в первую очередь от ее массы. В то же время в нашей Солнечной системе отсутствует одна категория планет по массе: суперземли (и, возможно, мини-нептуны... опять же, речь идет о том, какую степень детализации мы хотим использовать в определениях для правильной связи). , и границы каждой категории. Я не буду вдаваться в это). Итак, если Земля имеет 1 массу Земли, а Нептун-Уран около 17-15 масс Земли, вы можете легко представить себе планету, имеющую правильную массу посередине из тех, что наполовину состоят из камня и наполовину из газа. Может быть, 3, 5 или 8 масс Земли, понятия не имею о точной массе для точных 50%. Это также зависит от его формирования и эволюции.