Планета размером с Марс с гравитацией Земли 83%?

Для одного из своих рассказов я разработал планету с примерно такой же общей площадью поверхности, как у Марса. Эта планета имеет большое количество более тяжелых металлов/элементов (особенно серебра) и имеет примерно 83% земной гравитации. Это очень похоже на Землю с точки зрения окружающей среды (немного прохладнее, но температура и атмосфера находятся в пределах человеческих возможностей. Возможна ли эта планета?

Замочить было бы гораздо проще.
Что ж, Марс, как он есть, имеет около 38% земного притяжения, поэтому, не выполняя математику, я предполагаю, что вам нужно чуть больше, чем удвоить плотность, чтобы получить желаемую гравитацию. Плотность Марса составляет около 71% от плотности Земли, поэтому даже перехода на тот же состав недостаточно.
(продолжение) Итак, вам нужно заменить большую часть железного ядра планеты чем-то исключительно плотным, например, платиной или золотом, чтобы это произошло. Таким образом, это осуществимо в том смысле, что физика работает, но такая планета вряд ли может возникнуть естественным путем или быть практически сооруженной, если не считать настоящей магии.
Гравитация достижима, да, путем добавления множества более плотных элементов. Это имело бы побочный эффект, делая поверхность совершенно токсичной для всего живого. И я имею в виду не только уровень токсичности бисквитов с цианидом на сибирской язве, я имею в виду мышьяк, плавающий на Меркурии с посыпкой кадмием сверху.
Re: токсичность тяжелых металлов, с точки зрения плотности, золото и платина находятся на вершине, и оба они почти химически инертны, см. Thoughtco.com/elements-listed-by-density-606528
Многие металлы имеют высокую плотность: средняя плотность земли 5,5 кг/л, меди: 9 кг/л, свинца: 11, золота/вольфрама: ~19, осмия 23. большое ядро ​​​​тех элементов. Однако, глядя на астрономические базы данных, кажется довольно экзотичным иметь более 5 кг/л.
для достижения необходимых 8,5 т/м3 даже сделать планету на 100% железным ядром будет недостаточно. Силы тяжести недостаточно, чтобы сжать ядро ​​до такой степени. Так что ядро ​​ДОЛЖНО было быть сделано из чего-то более плотного, чем железо. И чтобы иметь достаточно полезную корку, ему также нужна изрядная порция кремния, кислорода и т. д. Это означает, что даже никеля недостаточно, вам нужно сделать ядро ​​​​из странных материалов, в изобилии в 10–3–10–10 раз более распространенных, чем их изобилие на Земле. Земля. Сложный
@PcMan На самом деле, цианид и сибирская язва были бы практически невозможны, поскольку они оба являются органическими - цианид вырабатывается живыми организмами, а сибирская язва - это живой организм.
@DarrelHoffman, да, дорогой. вот почему, если вы посмотрите внимательно, я заявил: «Я не имею в виду только уровень токсичности цианида на сибирской язве, но ..».
@PcMan Да, я согласен с вами, просто поясняю момент, который для некоторых может быть неочевидным.
Пока мы говорим о токсичности, касающейся «Эта планета имеет большое количество тяжелых металлов/элементов (особенно серебра)», вопрошающий должен исследовать собственную токсичность серебра, найдя «аргирию» и «токсичность соединений серебра».
@GrumpyYoungMan по причинам сюжета мне нужно иметь большое количество самородного серебра на поверхности / корке. Я исследовал аргирию; нечто подобное влияет на туземную жизнь в плане пигментации. Люди принимают множество мер предосторожности, чтобы предотвратить это. Что, если бы более тяжелые металлы находились в основном под земной корой и в ядре? Можно ли с этим справиться с проблемами токсичности и радиации?
@SamuelHope Будучи за пределами моей компетенции, я могу только предположить, что, как минимум, планета должна быть геологически неактивной, чтобы это сработало, то есть нигде не должно быть вулканизма / горообразования и движения тектонических плит для циркуляции тяжелых металлов. материала из-под земной коры на поверхность. Будет ли этого достаточно или нет, я не мог сказать.
@GrumpyYoungMan не существует мыслимого звездного процесса, который генерировал бы ОГРОМНОЕ количество серебра, не создавая при этом огромных количеств цезия, полония, радия, свинца и множества высших тяжелых металлов и радиоактивных элементов. Нуклеосинтез просто не такой избирательный! На вашей планете с серебряным ядром также будет много других нежелательных тяжелых элементов.
@PcMan Ты имел в виду Сэмюэля Хоупа? Я уже согласен с тем, что вы сказали.

Ответы (3)

Итак, вы хотите, чтобы планета размером с Марс имела гравитацию, равную 0,83 гравитации Земли.

Некоторые факты и цифры:

  • Диаметр Марса 6779 км.
  • Объем Марса 163,116 х 10 9 км 3
  • Гравитация Земли 9,78 м/с. 2
  • 83% гравитации Земли составляет 8,12 м/с. 2
  • Объемная плотность Марса составляет 3,934 т/м. 3 (или г/см 3 )
  • Объемная плотность Земли 5,514 т/м. 3

Чтобы ваша планета размером с Марс имела гравитацию 83% от земной, 8,12 м/с. 2 , объемная плотность планеты должна была бы быть 8,57 т/м 3 , что в 1,554 раза больше объемной плотности Земли.

Учитывая, что плотность железа 7,874 т/м 3 , такой уровень увеличения не может быть достигнут с большим железным сердечником.

Никель имеет плотность 8,908 т/м. 3 , что помогло бы, но, как предполагает @L.Dutch, для того, чтобы ваша планета размером с Марс имела гравитацию, составляющую 83% от земной, потребовалось бы аномально большое количество дефицитных очень тяжелых металлов.

Для справки: у Земли самая высокая объемная плотность среди всех планет Солнечной системы, за ней следует Меркурий (5,427 т/м). 3 ) и Венера (5,243 т/м 3 ).

Изменить 1

Я провел частичное моделирование, используя несколько редких, ценных и тяжелых металлов, чтобы получить представление о том, какие металлы и их количество потребуются на вашей планете, чтобы получить указанные вами критерии.

Как видно из таблицы ниже, суммы больше, чем они были бы на Земле огромными по сравнению с ними.

С другой стороны, плотность никеля составляет 8,91 т/м3. 3 а вашей планете нужна плотность 8,57 т/м 3 . Ваша планета может состоять почти из никеля с некоторыми более легкими элементами, чтобы уменьшить общую плотность.

Я очень сомневаюсь, что такая планета возможна

введите описание изображения здесь

введите описание изображения здесь

Редактировать 2

После дополнительных исследований, вызванных комментарием @J... и вопросом от ОП в комментарии: « Могло ли такое столкновение нейтронной звезды произойти достаточно близко к системе (черная дыра + двойная звезда), чтобы достаточное количество более тяжелые металлы были захвачены звездой для создания аномальной планеты? ». Планета K2-38b имеет одну из самых высоких плотностей среди всех обнаруженных до сих пор планет - 11,0 т / м . 3 .

Столкновение нейтронной звезды вблизи двойной системы «черная дыра + звезда» вряд ли приведет к накоплению материала, необходимого для такой планеты.

Вместо этого наиболее вероятный сценарий таков:

Лучшее описание состава K2-38b дает богатая железом модель, подобная Меркурию, тогда как K2-38c лучше описывается каменистой моделью с оболочкой H2. Максимальная граница срыва столкновения показывает, как гигантские удары могли быть причиной высокой плотности K2-38b.

Ваша планета размером с Марс с 83% земной гравитации, скорее всего, будет результирующим ядром более крупной планеты, которая была лишена своих внешних слоев бомбардировкой метеоритного типа.

Считается, что Меркурий — это образовавшееся ядро ​​планеты, подвергшейся бомбардировке. Размер вашей планеты с диаметром 6779 км находится между размером Меркурия, диаметр которого составляет 4879 км, и размером К2-38b, диаметр которого составляет 19 622 км.

введите описание изображения здесь

Мое понимание (полностью поправьте меня, я ошибаюсь) состоит в том, что металлы, такие как железо, производятся в сверхновых, в то время как серебро, золото, платина и другие более редкие разновидности производятся при столкновении двух нейтронных звезд. Первые более распространены, чем вторые, эти металлы преобладают. Могло ли такое столкновение нейтронной звезды произойти достаточно близко к системе (черная дыра + двойная звезда), чтобы звезда захватила достаточное количество более тяжелых металлов для создания аномальной планеты?
@SamuelHope абсолютно. И это удовлетворило бы требованиям плотности. Единственная проблема заключается в том, что планета будет состоять из достаточно нормального распределения этих тяжелых металлов, что сделает состав поверхности чрезвычайно токсичным для любых белковых форм жизни. (также опасно радиоактивный)
would require an anomalously large amount of scarce very heavy metals.Космос огромен. Аномалия для нашей маленькой захолустной Солнечной системы не обязательно аномальна для Космоса. Например, считается, что K2-38b имеет плотность около 11 г/см3 (= т/м3), что более чем достаточно для данного случая.
Фактически, в этом списке есть экзопланеты с известной истинной массой, и в этом списке есть семь экзопланет с плотностью выше 8,6 г/см3.
@J ... Хотя я согласен с вами и обновил ваши комментарии, мы должны принять эти измерения с щепоткой соли. Все это предположения, которые могут (и будут) сильно различаться по мере совершенствования наших методов и технологий измерения (первоначально считалось, что K2-38b намного массивнее и невероятно плотнее). Кроме того, все эти планеты являются либо газовыми гигантами, близкими к коричневым карликам, либо, в случае с K2-38b, она кажется планетой типа Нептуна, вращающейся так невероятно близко к своей звезде, что просто испарила не только атмосферу, но и все, что в ней находится. корка легче железа.
@Rekesoft Конечно, но дело в том, что он существует. А если он существует и МЫ, в нашей колоссально-малой малости, его видели, то, скорее всего, он вовсе не редок во Вселенной. Может быть, проходящая мимо система сбивает K2-38b с этой узкой орбиты, где она спустя миллиарды лет оседает на орбиту Златовласки. Теперь у OP есть история.
@SamuelHope: я добавил второе редактирование, чтобы ответить на ваш вопрос о том, как могла существовать ваша планета - это результирующее ядро ​​​​более крупной планеты, которая со временем была лишена своих внешних слоев в результате бомбардировки метеоритного типа.
@Fred Итак, возможно, небольшой, но очень плотный остаток ядра, подобный описанному, пережил событие, подобное тому, когда Тейя столкнулась с Землей, таким образом получив свою кору и став ядром размером с Марс, но довольно плотной планеты?
@SamuelHope: столкновение между двумя планетами, как вы описываете, возможно. Теперь вы можете предположить, сохранила ли ваша планета какой-то материал мантии/коры после столкновения или это просто плотное ядро ​​​​одной из планет. Нельзя сказать, что конечная планета не может быть просто обнаженным плотным ядром или ядром с очень тонкой корой после того, как она привлечет часть плавающей мантии и материала коры с обеих планет, это зависит от обстоятельств столкновения.
@SamuelHope Это было бы меньше похоже на инцидент с Тейей, поскольку в этом случае нет никаких причин думать, что Земля или Тейя значительно изменили свою орбиту. Что-то вроде K2-38b нуждалось бы в массивном гравитационном инциденте, чтобы перейти с узкой орбиты на более крупную — например, на проходящую звезду или звездную систему. Что-то в этом масштабе. После выброса на более крупную орбиту мы можем представить, что он продолжает аккрецировать материал коры, лед/воду и т. д. на своей новой орбите — возможно, в результате бомбардировки кометным облаком.

Наличие большого количества более тяжелых металлов/элементов довольно маловероятно: для производства тяжелых элементов в периодической таблице требуется много времени.

происхождение элементов

Элементы тяжелее железа образуются в процессе поглощения энергии в крупных звездах, и их количество во Вселенной (и на Земле) обычно уменьшается с увеличением атомного номера.

В Млечном Пути 10 элементов, из которых самым тяжелым является железо, составляют 99,95% всех элементов, поэтому вы видите, что очень высокая концентрация более тяжелых элементов маловероятна.

таблица относительного содержания элементов в Млечном Пути

Все еще может случиться так, что каменистая планета лишена более легкой коры и сохранит большое ядро ​​из железа, как в случае с Меркурием :

Ртуть состоит примерно на 70% из металлического и на 30% из силикатного материала. Плотность Меркурия — вторая по величине в Солнечной системе — 5,427. г / с м 3 , лишь немного меньше, чем плотность Земли 5,515 г / с м 3

Поэтому, чтобы иметь такую ​​высокую плотность, его ядро ​​должно быть большим и богатым железом.

Ядро Меркурия имеет более высокое содержание железа, чем у любой другой крупной планеты Солнечной системы, и для объяснения этого было предложено несколько теорий. Наиболее широко распространенная теория состоит в том, что Меркурий изначально имел соотношение металлов и силикатов, подобное обычным хондритовым метеоритам, которое считается типичным для каменистого вещества Солнечной системы, и массу, примерно в 2,25 раза превышающую его нынешнюю массу. В начале истории Солнечной системы Меркурий, возможно, был поражен планетезималем примерно в 1/6 его массы и в несколько тысяч километров в поперечнике. Удар уничтожил бы большую часть первоначальной коры и мантии, оставив ядро ​​в качестве относительно важного компонента.

Но опять же, речь все же идет о железном сердечнике.

Оказывается, это действительно Определенно Реалистично

Необработанные цифры, приведенные в других сообщениях, верны, но они игнорируют гравитацию, то есть давление. Плотность внутреннего ядра Земли составляет около 12 тонн на кубический метр, хотя оно в основном состоит из железа.

Любопытно, что максимальное гравитационное ускорение — около 11 м / с 2 – Земли достигается на границе внешнего ядра примерно в 3480 километрах от центра Земли. Это почти эквивалентно радиусу Марса, 3390 км.

Фактический необходимый состав потребует решения состояния уравнения, которое мне не под силу, но для справки: самая плотная экзопланета — это K2-38b со средней плотностью 11 тонн на кубический метр.

Рисунки взяты с вики-страницы Gravity of Earth .

ОБНОВЛЯТЬ

Кто-то в НАСА действительно сделал некоторые расчеты. Планета с массой Земли, сделанная из железа, имела бы диаметр примерно 5000 километров. Это меньше диаметра Марса (~6800 км). Что еще более важно, гравитация на поверхности массивного железного шара Земли будет примерно в 7 раз выше, чем на Земле.

Это означает, что 83% земного притяжения на поверхности планеты размером с Марс звучит правдоподобно и даже не приведет к твердой железной сфере.

Гравитация Земли в соответствии с Предварительной эталонной моделью Земли (PREM) [12]. Для сравнения включены две модели сферически-симметричной Земли. Темно-зеленая прямая линия соответствует постоянной плотности, равной средней плотности Земли. Светло-зеленая изогнутая линия соответствует плотности, линейно уменьшающейся от центра к поверхности. Плотность в центре такая же, как и в ПРЭМ, но поверхностная плотность выбрана так, чтобы масса сферы равнялась массе реальной Земли. АлленМак, Википедия

Распределение радиальной плотности Земли в соответствии с Предварительной эталонной моделью Земли (PREM) (автор AllenMcC. из Википедии)

Очень интересно! Но K2-38b имеет во много раз большую массу, чем Земля. Это помогает ему поддерживать большую плотность. Я не думаю, что это сработает для планеты с меньшей массой, чем Земля. (Но разобраться в вычислениях мне тоже не по силам, я просто думаю.)
Планета размером с Марс с гравитацией Земли 83%?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v