Внутренняя Согласованность. Возможна Ли Планета Большего Размера, Чем Земля, С Такой Же Плотностью?

Допустим, есть планета, радиус которой в 18 раз больше Земли, но имеет ту же плотность, что и Земля. Если да, то как могла большая планета иметь такую ​​плотность, как Земля? Будет ли он иметь такую ​​же гравитацию, как Земля?

#внутренняя согласованность #планеты #гравитация

Это не планета!

Допустим, радиус равен $18R_{\oplus}$, где $R_{\oplus}$ — радиус Земли. Тогда объем будет $$\frac{4}{3}\pi(18R_{\oplus})^3\bar{\rho}=5832\left(\frac{4}{3}\pi R_{\oplus}^3\ бар{\rho}\right)=5832M_{\oplus}$$.

где $M_{\oplus}$ — масса Земли, и мы предполагаем одинаковую среднюю плотность $\bar{\rho}$ для обоих тел. Это примерно на 18,4 доллара больше массы Юпитера. Нечто столь массивное — это не каменистая планета и даже не газовый гигант. Это как приличного размера коричневый карликКоричневые карлики обычно имеют более высокую плотность, чем газовые гиганты;

их центральная плотность может достигать от $\sim10$ до $10^3\text{ г/см}^3$ , что намного превышает плотность Земли, составляющую около $5,5\text{ г/см}^3$. Коричневый карлик менее плотен ближе к поверхности, и у него нет четкой границы (как в случае со звездами, поскольку они газообразны), поэтому некоторые части будут более плотными, чем Земля (в среднем), а другие — менее плотный. Я вижу, что в ответе Мормасила упоминаетсявопросЯ ответил два года назад и, кажется, с тех пор цитировал пару раз. Важным выводом является то, что вы не можете просто добавлять все больше и больше массы к каменистым планетам и ожидать, что они останутся каменистыми. Одна группа ( Ламмер и др. (2014)) обнаружили, что при температуре около $2M_{\oplus}$ каменистые тела сохраняют водородно-гелиевые оболочки, входя в класс объектов, которые больше похожи на газовые планеты, чем на каменистые планеты. Ваша $18M_{\oplus}$ «планета» определенно не будет земной по своей природе. На основе

Сигер и др. 2008 год

, максимально достижимый радиус для планеты земной группы оптимистично составляет $4\text{-}5R_{\oplus}$, предполагая, что это чистый океанический мир (который должен быть менее плотным, чем силикатная планета земного типа той же массы). Поверхностная гравитацияПоверхностная гравитация $g$ связана с радиусом $R$ соотношением

$$g\пропто\бар{\rho}R$$

Учитывая, что $R=18R_{\oplus}$, поверхностная гравитация будет в 18 раз больше земной. Однако опять же неясно, где на самом деле находится поверхность коричневого карлика. является, поэтому отнеситесь к этой цифре с недоверием. Жизнь Жизнь на коричневых карликах обсуждалась в

• , среди других мест. По сути, существуют некоторые
• большой
• проблемы, которые вам придется преодолеть, включая высокие температуры и возможную радиацию.

Если планета в $n$ раз больше, то её объём в $n^3$ раз больше.

Но у него такая же плотность, как у Земли, поэтому его масса в $n^3$ раз больше.

Его масса в $n^3$ раза больше, что привело бы к усилению гравитации в $n^3$ раз, но...

Его поверхность находится в $n$ раз дальше от центра, поэтому гравитация ощущается в $n^2$ раз меньше.

• В результате поверхностная гравитация становится в $\frac{n^3}{n^2} = n$ раз сильнее!
• Таким образом, на планете, размер которой в 18 раз больше, но такой же плотности, как у Земли, ее поверхностная гравитация будет равна 18 г$.
• Если каким-то образом ее поверхность будет иметь такие же параметры поверхности, как нынешняя Земля, то жизнь возможна, хотя она будет сильно отличаться от нашей. Скорее всего, мы были бы какими-то «черепашьеподобными» формами жизни.
• О физике: в общем,

если вы увеличите плотность в $n$ раз, поверхностная гравитация увеличится в $n$ раз.

1. если вы сделаете планету в $n$ раз больше, поверхностная гравитация также увеличится в $n$ раз.
2. но масса планеты будет в $n^3$ раз больше, а площадь ее поверхности — в $n^2$ раз больше.

Кроме того, скорость убегания будет в $n$ раз больше, но учтите: чтобы довести что-либо до этой в $n$ раз большей скорости убегания, требуется в $n^2$ раз больше кинетической энергии. Обычно в атмосферной эволюции планет наблюдаются два эффекта:Звезда нагревает планету и обдувает ее звездным ветром, который пытается испарить ее атмосферу.

Гравитация планеты пытается проникнуть в атмосферу планеты.

Общий результат — теперь, зная некоторые

А еще — заключается в том, что планеты размером с Юпитер могут сохранять свою атмосферу, даже если они находятся рядом со звездой. Возможно, даже более легкие газы. Вот почему большие планеты в основном являются газовыми гигантами (≈ атмосфера настолько плотная, что большая часть массы планеты состоит из нее). Если вы хотите, чтобы эта планета не была газовым гигантом, а имела атмосферу, подобную планетарной, тогда звезда должна быть способна выдувать водород и гелий. Если планета находится вблизи звезды (или она очень большая), то это возможно, но она вызывает такой нагрев, что температура поверхности сделает невозможным существование жизни. Например, вблизи своей звезды были обнаружены крупные экзопланеты с температурой поверхности около 2000°К. Их атмосфера состоит из газообразного натрия, и у них могут быть дожди из жидкого железа. На них не мог оставаться даже кислород, несмотря на высокую приземную гравитацию.

Плотность зависит от состава. Если она похожа на Землю, то же самое можно сказать и о ее составе. Однако он не будет иметь такой же гравитации. Если вы увеличите жидкое ядро ​​в той же степени, что и остальную часть планеты, то, естественно, его гравитационное притяжение увеличится аналогичным образом.

Более высокая гравитация привела бы к тому, что жизнь стала бы короче, ближе к земле и в целом более плотной. Такие вещи, как трава, будут редкостью, а вот мох и короткие кусты – нет. У животных, вероятно, четыре или шесть конечностей, и очень мало двуногих. Летать было бы намного сложнее, а птицы, вероятно, были бы меньше.

Жизнь, вероятно, будет в гораздо большей степени благоприятствовать океанам. Поскольку вода сводила на нет часть сокрушающей гравитации. Я думаю, что в любом случае людям будет невозможно посетить это место.

Несколько хороших ответов.

Еще одно соображение: Атмосфера: гравитация на поверхности в 18 раз превышает силу гравитации, а ее снижение происходит гораздо медленнее. (Уменьшится в 4 раза на расстоянии 2 R от центра. Но ваша большая планета теперь имеет высоту 18 R, так что вам придется выйти на расстояние 36 R от центра, чтобы получить ту же самую меньшую гравитацию. атмосфера толще в тысячи раз.

Свет не достигнет поверхности.

Скорость убегания $v=\sqrt{2GM/r)}$.

Но при массе в $18^3$ раз большей и всего в 18 раз большем r скорость убегания будет в 324 раза больше земной, или около 3500 км/с. Не считая того, что вы теряете из-за атмосферного сопротивления.

Да, это своего рода планета такого размера с такой же средней плотностью, как у Земли, возможно, но это не будет скалистый земной мир, и он не будет хорошо вписываться в наш существующий планетарный каталог. Как упоминалось в HDE 226868, такой небесный объект достаточно тяжел, чтобы его можно было Коричневый карлик Звезды, но ее не будет, композиция не может быть правильной.

Это в 1,65 раза больше радиуса Юпитера, что слишком велико, чтобы быть коричневым карликом (измеренные коричневые карлики находятся в диапазоне 0,63–1,13 радиуса Юпитера) и всего в 4,1 раза превышают среднюю плотность (коричневые карлики обычно вдвое больше плотныйили больше), поэтому у него должно быть большое, но относительно низкой плотности, каменное/металлическое ядро ​​(вероятно, состоящее в основном из углерода под высоким давлением). аллотропы) с плотной атмосферой из легких газов (водорода, гелия и углеводородов). Это странная смесь элементов для «современных» звезд, но вы можете найти такой мир в более молодой Вселенной, где более тяжелые элементы встречаются гораздо реже. Возможно, такие миры все еще могут существовать вокруг самых старых звезд. Красные карлики но я не думаю, что один мог форма в современной Вселенной.