Ядро планеты: различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Интерактивная навигация по истории
[отпатрулированная версия][отпатрулированная версия]
← Предыдущая правкаСледующая правка →
Содержимое удалено Содержимое добавлено
ВизуальныйВики-текст
Нет описания правки
Метка: GlobalReplace
Строка 1: Строка 1:
''Это статья про ядра планет. Про земное ядро см. [[Внутреннее ядро]], [[Внешнее ядро]], [[Ядро Земли]].''[[File:SolarSystemPlanetCore ru.jpg|thumb|300x300px|Структура внутренних планет [[Солнечная система|Солнечной системы.]]]]
''Это статья про ядра планет. Про земное ядро см. [[Внутреннее ядро]], [[Внешнее ядро]], [[Ядро Земли]].''[[File:Terrestial Planets internal ru.jpg|thumb|300x300px|Структура внутренних планет [[Солнечная система|Солнечной системы.]]]]


'''Ядро''' — самые внутренние слои [[планета|планеты]]. Ядро может состоять из нескольких твёрдых и жидких слоёв<ref name="sci.1112328">{{cite journal |last=Solomon |first=S.C. |title=Hot News on Mercury's core |journal=Science |pages=702–3 |date=2007 |volume=316 |issue=5825 |doi=10.1126/science.1142328 |pmid=17478710 }} {{subscription required|date=May2012}}</ref>, а также быть полностью твёрдым или полностью жидким<ref name="Williams and Nimmo 2004">{{cite journal |last=Williams |first=Jean-Pierre |last2=Nimmo |first2=Francis |title=Thermal evolution of the Martian core: Implications for an early dynamo |journal=Geology |pages=97–100 |date=2004 |volume=32 |issue=2 |doi=10.1130/g19975.1}}</ref>. У планет Солнечной системы радиус ядра колеблется примерно от 20 % у [[Луна|Луны]] до 85 % у [[Меркурий|Меркурия]] от радиуса [[планета|планеты]].
'''Ядро''' — самые внутренние слои [[планета|планеты]]. Ядро может состоять из нескольких твёрдых и жидких слоёв<ref name="sci.1112328">{{cite journal |last=Solomon |first=S.C. |title=Hot News on Mercury's core |journal=Science |pages=702–3 |date=2007 |volume=316 |issue=5825 |doi=10.1126/science.1142328 |pmid=17478710 }} {{subscription required|date=May2012}}</ref>, а также быть полностью твёрдым или полностью жидким<ref name="Williams and Nimmo 2004">{{cite journal |last=Williams |first=Jean-Pierre |last2=Nimmo |first2=Francis |title=Thermal evolution of the Martian core: Implications for an early dynamo |journal=Geology |pages=97–100 |date=2004 |volume=32 |issue=2 |doi=10.1130/g19975.1}}</ref>. У планет Солнечной системы радиус ядра колеблется примерно от 20 % у [[Луна|Луны]] до 85 % у [[Меркурий|Меркурия]] от радиуса [[планета|планеты]].

Версия от 16:35, 11 июля 2017

Это статья про ядра планет. Про земное ядро см. Внутреннее ядро, Внешнее ядро, Ядро Земли.

Структура внутренних планет Солнечной системы.

Ядро — самые внутренние слои планеты. Ядро может состоять из нескольких твёрдых и жидких слоёв[1], а также быть полностью твёрдым или полностью жидким[2]. У планет Солнечной системы радиус ядра колеблется примерно от 20 % у Луны до 85 % у Меркурия от радиуса планеты.

Газовые планеты, такие как например Юпитер и Сатурн, также имеют ядра, однако их состав до сих пор является предметом дискуссий. Различные теории предполагают наличие как традиционных каменистых или железных ядер, так и ледяных, а также ядер из металлического водорода[3][4][5]. Известно, что относительный (по сравнению с размером планеты) размер ядра у газовых гигантов значительно меньше, чем, например, у Земли. Но абсолютные размер и масса ядра таких планет могут быть очень большими: масса ядра Юпитера оценивается в 12 M⊕, а масса ядра экзопланеты HD 149026 b — в 67 M⊕[6].

Структура внешних планет Солнечной системы.

Обнаружение

Первой планетой, у которой было обнаружено ядро, является Земля.

В 1798 году британский физик и химик Генри Кавендиш рассчитал среднюю плотность Земли, получив значение в 5,48 плотности воды (позже это значение уточнялось, сейчас 5,53). Это натолкнуло его на мысль о том, что внутри земли существует область повышенной плотности. Он понял, что плотность пород в этой области значительно выше, чем плотность, характерная для пород, выходящих на земную поверхность[7].

В 1898 году немецкий физик Иоганн Эмиль Вихерт предположил, что ядро Земли схоже по составу с железными метеоритами, которые представляют собой фрагменты ядер астероидов и протопланет. Однако железные метеориты не могут быть полностью эквивалентны веществу земного ядра, так как они образовались в гораздо меньших телах, а значит при других физико-химических параметрах[8].

В 1906 году британский геолог Ричард Диксон Олдхэм открыл с помощью волны сжатия внешнее ядро Земли[9].

В 1936 году датский геофизик, сейсмолог Инге Леманн открыла внутреннее ядро Земли на основе изучения распространения сейсмических волн от землетрясений в южной части Тихого океана[10].

Модели формирования

Аккреция

Скалистые планеты образуются в результате постепенного приращения частиц пыли протопланетного диска в планетезималь, размером до 10 км в диаметре. После достижения этого размера, уплотняющееся вещество увеличивает температуру в центре. Возросшая температура плавит его, образуя протопланету. Протопланета в течение определённого временного промежутка (около 105 - 106 лет) увеличивается до размеров Луны или Марса, и при определенных условиях продолжают увеличиваться на протяжении ещё 10-100 млн лет[11].

Газовые гиганты вроде Юпитера и Сатурна вероятно формируются вокруг ранее существовавших скалистых или ледяных тел, которые аккумулируют на себе газ из протопланетного облака, превращая себя в ядра планет гигантов.

Теория аккреции не способна объяснить процессы формирования планет на расстоянии более 35 а.е. от родительской звезды[5].

Гравитационная дифференциация

Гравитационная дифференциация в широком смысле, подразумевает разделение неоднородного магматического расплава под влиянием гравитационных сил, сопровождающееся выделением энергии[12].

К примеру, в момент образования Земли элементы, из которых она состояла (преимущественно соединения кремния и железа), были полностью перемешаны друг с другом; их температура была сравнительно невелика. Со временем под действием гравитационных сил более лёгкие соединения кремния стали подниматься к поверхности Земли, а более тяжёлое железо и его соединения — опускаться в направлении ядра. Это сопровождалось выделением большого количества энергии (в виде тепла), что привело со временем к разогреву недр планеты. Процесс гравитационной дифференциации продолжается на Земле до сих пор[11]. По мнению некоторых учёных, он может служить источником её теплового поля[13].

Наблюдаемые внеземные типы

Ниже представлены наблюдаемые типы планетных ядер.

В солнечной системе

Меркурий

До недавнего времени предполагалось, что в недрах Меркурия находится металлическое ядро радиусом 1800—1900 км, содержащее 60 % массы планеты, так как КА «Маринер-10» обнаружил слабое магнитное поле, и считалось, что планета с таким малым размером не может иметь жидкого ядра. Но в 2007 году группа Жана-Люка Марго подвела итоги пятилетних радарных наблюдений за Меркурием, в ходе которых были замечены вариации вращения планеты, слишком большие для модели с твёрдым ядром. Поэтому на сегодняшний день можно с высокой долей уверенности говорить, что ядро планеты именно жидкое[14][15].

Процентное содержание железа в ядре Меркурия выше, чем у любой другой планеты Солнечной системы. Было предложено несколько теорий для объяснения этого факта. Согласно наиболее широко поддерживаемой в научном сообществе теории, Меркурий изначально имел такое же соотношение металла и силикатов, как в обычном метеорите, имея массу в 2,25 раза больше, чем сейчас[16]. Однако в начале истории Солнечной системы в Меркурий ударилось планетоподобное тело, имеющее в 6 раз меньшую массу и несколько сот километров в поперечнике. В результате удара от планеты отделилась большая часть изначальной коры и мантии, из-за чего относительная доля ядра в составе планеты увеличилась. Подобная гипотеза, известная как теория гигантского столкновения, была предложена и для объяснения формирования Луны[16]. Однако этой версии противоречат первые данные исследования элементного состава поверхности Меркурия с помощью гамма-спектрометра АМС «Мессенджер», который даёт возможность измерить содержание радиоактивных изотопов: оказалось, что на Меркурии много летучего элемента калия (по сравнению с более тугоплавкими ураном и торием), что не согласуется с высокими температурами, неизбежными при столкновении[17]. Поэтому предполагается, что элементный состав Меркурия соответствует первичному элементному составу материала, из которого он сформировался, близкому к энстатитовым хондритам и безводным кометным частицам, хотя содержание железа в исследованных к настоящему времени энстатитовых хондритах недостаточно для объяснения высокой средней плотности Меркурия[18].

Ядро окружено силикатной мантией толщиной 500—600 км[19][20]. Согласно данным «Маринера-10» и наблюдениям с Земли толщина коры планеты составляет от 100 до 300 км[21]. Железно-никелевое ядро Меркурия составляет около 3/4 его диаметра, что примерно равно размеру Луны. Оно очень массивное по сравнению с ядром других планет.

Венера

Предложено несколько моделей внутреннего строения Венеры. Согласно наиболее реалистичной из них, на Венере есть три оболочки. Первая — кора толщиной примерно 16 км. Далее — мантия, силикатная оболочка, простирающаяся на глубину порядка 3300 км до границы с железным ядром, масса которого составляет около четверти всей массы планеты. Поскольку собственное магнитное поле планеты отсутствует, то следует считать, что в железном ядре нет перемещения заряженных частиц — электрического тока, вызывающего магнитное поле, следовательно, движения вещества в ядре не происходит, то есть оно находится в твёрдом состоянии. Плотность в центре планеты достигает 14 г/см³. Состав ядра Венеры точно не определён, и сильно зависит от применяемой модели[22].

Элемент Chondritic Model Equilibrium Condensation Model Pyrolitic Model
Железо 88.6% 94.4% 78.7%
Никель 5.5% 5.6% 6.6%
Кобальт 0.26% Неизвестно Неизвестно
Сера 5.1% 0% 4.9%
Кислород 0% Неизвестно 9.8%

Луна

Луна — дифференцированное тело, она имеет геохимически различную кору, мантию и ядро. Оболочка внутреннего ядра богата железом, она имеет радиус 240 км, жидкое внешнее ядро состоит в основном из жидкого железа с радиусом примерно 300—330 километров. Вокруг ядра находится частично расплавленный пограничный слой с радиусом около 480—500 километров[23]. Эта структура, как полагают, появилась в результате фракционной кристаллизации из глобального океана магмы вскоре после образования Луны 4,5 миллиарда лет назад[24]. Лунная кора имеет в среднем толщину ~ 50 км.

Примечания

  1. ↑ Solomon, S.C. (2007). "Hot News on Mercury's core". Science. 316 (5825): 702—3. doi:10.1126/science.1142328. PMID 17478710.  (требуется подписка)
  2. ↑ Williams, Jean-Pierre; Nimmo, Francis (2004). "Thermal evolution of the Martian core: Implications for an early dynamo". Geology. 32 (2): 97—100. doi:10.1130/g19975.1.
  3. ↑ Pollack, James B.; Grossman, Allen S.; Moore, Ronald; Graboske, Harold C. Jr. (1977). "A Calculation of Saturn's Gravitational Contraction History". Icarus. 30. Academic Press, Inc: 111—128. Bibcode:1977Icar...30..111P. doi:10.1016/0019-1035(77)90126-9.
  4. ↑ Fortney, Jonathan J.; Hubbard, William B. (2003). "Phase separation in giant planets: inhomogeneous evolution of Saturn". Icarus. 164. Academic Press: 228—243. doi:10.1016/s0019-1035(03)00130-1.
  5. ↑ 1 2 Stevenson, D. J. (1982). "Formation of the Giant Planets". Planet. Space Sci. 30 (8). Pergamon Press Ltd.: 755—764. doi:10.1016/0032-0633(82)90108-8.
  6. ↑ Sato, Bun'ei; al., et (November 2005). "The N2K Consortium. II. A Transiting Hot Saturn around HD 149026 with a Large Dense Core". The Astrophysical Journal. 633. The American Astronomical Society: 465—473. Bibcode:2005ApJ...633..465S. doi:10.1086/449306.
  7. ↑ Cavendish, H. (1798). "Experiments to determine the density of Earth". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 88: 469—479. doi:10.1098/rstl.1798.0022.
  8. ↑ Wiechert, E. (1897). "Uber die Massenverteilung im Inneren der Erde". Nachr. K. Ges. Wiss. Goettingen, Math-K.L. (нем.): 221—243. {{cite journal}}: Неизвестный параметр |trans_title= игнорируется (|trans-title= предлагается) (справка)
  9. ↑ Oldham, Richard Dixon (1906). "The constitution of the interior of the Earth as revealed by Earthquakes". G.T. Geological Society of London. 62: 459—486.
  10. ↑ Transdyne Corporation (2009). J. Marvin Hemdon (ed.). "Richard D. Oldham's Discovery of the Earth's Core". Transdyne Corporation. {{cite journal}}: Cite journal требует |journal= (справка)
  11. ↑ 1 2 Wood, Bernard J.; Walter, Michael J.; Jonathan, Wade (June 2006). "Accretion of the Earth and segregation of its core". Nature Reviews. 441. Nature: 825—833. doi:10.1038/nature04763.
  12. ↑ "differentiation". Merriam Webster. 2014. {{cite journal}}: Cite journal требует |journal= (справка)
  13. ↑ Гравитационная дифференциация. Словари и энциклопедии на Академике. http://dic.academic.ru.
  14. ↑ Gold, Lauren. Mercury has molten core, Cornell researcher shows. Chronicle Online. Cornell University (3 мая 2007). Дата обращения: 12 мая 2008. Архивировано 22 мая 2012 года.
  15. ↑ Finley, Dave. Mercury's Core Molten, Radar Study Shows. National Radio Astronomy Observatory (3 мая 2007). Дата обращения: 12 мая 2008. Архивировано 22 мая 2012 года.
  16. ↑ 1 2 Benz W., Slattery W. L., Cameron A. G. W. Collisional stripping of Mercury’s mantle (англ.) // Icarus. — 1988. — Vol. 74. — P. 516—528. — doi:10.1016/0019-1035(88)90118-2.  (Дата обращения: 12 июня 2011)
  17. ↑ Patrick N. Peplowski et al. Radioactive Elements on Mercury’s Surface from MESSENGER: Implications for the Planet’s Formation and Evolution (англ.) // Science. — 2011. — Vol. 333. — P. 1850—1852. — doi:10.1126/science.1211576.
  18. ↑ Larry R. Nittler et al. The Major-Element Composition of Mercury’s Surface from MESSENGER X-ray Spectrometry (англ.) // Science. — 2011. — Vol. 333. — P. 1847—1850. — doi:10.1126/science.1211567.
  19. ↑ Spohn T.; Sohl F.; Wieczerkowski K.; Conzelmann V. The interior structure of Mercury: what we know, what we expect from BepiColombo (англ.) // Planetary and Space Science. — 2001. — Vol. 49. — P. 1561—1570. — doi:10.1016/S0032-0633(01)00093-9.  (Дата обращения: 12 июня 2011)
  20. ↑ Gallant, R. 1986. The National Geographic Picture Atlas of Our Universe. — 2nd edition. — National Geographic Society.
  21. ↑ Anderson J. D. et al. Shape and Orientation of Mercury from Radar Ranging Data (англ.) // Icarus. — Academic Press, 1996. — Vol. 124. — P. 690—697. — doi:10.1006/icar.1996.0242.  (Дата обращения: 12 июня 2011)
  22. ↑ Fegley, B. Jr. (2003). "Venus". Treatise on Geochemistry. 1. Elsevier: 487—507. doi:10.1016/b0-08-043751-6/01150-6.
  23. ↑ Лунное ядро (NASA)  (англ.)
  24. ↑ Кристаллизация лунного океана магмы  (англ.)

Ссылки

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Ядро_планеты&oldid=86472751