Внутреннее строение планет-гигантов - Структура Солнечной системы
Как уже говорилось, изучать непосредственно недра планет-гигантов (ПГ) не представляется возможным. Основную роль в их исследовании играют теоретические методы, основанные на некоторых общих данных о них. Что же это за методы, и о каких данных идет речь?
Прежде всего, планеты, как, впрочем, и звезды, находятся в состоянии равновесия. Если планета не вращается, то в этом простейшем случае равновесие осуществляется вследствие баланса двух сил. Сила гравитации стремится сжать планету. Ей противостоит сила давления. Получим условие равновесия планеты. Для этого выделим цилиндрический элемент внутринее (см. рис. 14). Сила, связанная с перепадом давления, , где P давление, dS сечение цилиндра, r - расстояние от центра.
Разлагая по r с точностью до малых первого порядка, имеем. Гравитационная сила, действующая на элемент, где M(r) масса внутри радиуса r (считаем, что распределение вещества сферически симметричное). В состоянии равновесия. Отсюда условие равновесия принимает вид:
. (2.3)
Это важное соотношение. В дальнейшем мы неоднократно будем его использовать.
Для решения вопроса о строении планеты одного условия равновесия недостаточно, поскольку оно содержит два неизвестных P и (M легко пересчитывается через ). Необходима дополнительная информация. В качестве нее используется уравнение состояния, связывающее давление с плотностью. Строго говоря, в это уравнение входит еще и температура. Но мы, чтобы не усложнять рассуждения, положим, что температура как-то фиксируется. Поэтому под уравнением состояния будем понимать связь P(), например, поли-тропную связь.
Следует иметь в виду, что агрегатное состояние вещества по радиусу планеты меняется. На поверхности планеты вещество находится в газообразной форме. С глубиной оно переходит в жидкое состояние. В самом центре, возможно, даже оно находится в твердой фазе. Разумеется, для каждой фазы будет свое уравнение состояния. Подчеркнем, что протяженность той или иной фазы заранее неизвестна. Далее, уравнение состояния для различных веществ, если они не идеальный газ, различные. Спрашивается, какое взять вещество? Ответ на этот вопрос подсказывают данные наблюдений, а именно: малая плотность ПГ. Следовательно, можно думать, что они состоят главным образом из легких элементов: водорода и гелия с небольшой примесью более тяжелых элементов. Поэтому в качестве первого шага естественно рассматривать чисто водородные или, скажем, чисто гелиевые равновесные конфигурации. На рис. 15 приведены результаты таких расчетов для не вращающихся водородных и гелиевых шаров без внутренних источников энергии. На эту же диаграмму нанесены точками значения параметров для планет-гигантов. Отсюда видно, что точки, соответствующие Юпитеру и Сатурну, располагаются вблизи кривой, описывающей чисто водородные конфигурации. Следовательно, можно думать, что эти планеты состоят в основном из водорода с примесью гелия и небольшого количества других элементов. Аналогично, Уран и Нептун состоят в значительной степени из гелия.
Обратим внимание на некоторые важные особенности диаграммы R М (рис. 15). Как видно, радиус равновесного шара не может превышать некоторое предельное значение. Так, для чисто водородной конфигурации max R80103 км. Далее, планеты не могут находиться в равновесии, если их масса больше некоторого предельного значения MTh (подчеркнем еще раз, что речь идет о конфигурациях без внутренних источников энергии). Для тел, состоящих из различных веществ, MTh различное. Так, предельное значение массы водородного шара MTh31034 г, гелиевого MTh31033 г. Возникает вопрос: а что будет происходить со сгустком вещества, если его масса больше MTh? Любопытно напомнить, что.
Задача №13. Оценить массу атмосферы Земли в приближении ее изотермичности.
Ответ: 51021 г.
Похожие статьи
-
Плутон - Строение Солнечной системы
Самая далекая от Солнца из всех открытых до сих пор планет совершенно не похожа на другие планеты, находящиеся во внешних областях солнечной системы....
-
Гипотезы образования планет Солнечной системы - Происхождение Солнечной системы
Предложенная в 1916 году Джеймсом Джинсом новая теория, согласно которой вблизи Солнца прошла звезда, и ее притяжение вызвало выброс солнечного вещества,...
-
Модели формирования и эволюции - Юпитер среди планет Солнечной системы
Значительный вклад в наши представления о формировании и эволюции звезд вносят наблюдения экзопланет. Так, с их помощью было установлены черты, общие для...
-
Законы Кеплера. - Строение Солнечной системы
Три закона движения планет относительно Солнца были выведены эмпирически немецким астрономом Иоганном Кеплером в начале XVII века. Это стало возможным...
-
ЗАРОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ НА ПЛАНЕТАХ - Поиски жизни в Солнечной системе
В конце 50-х гг. XX столетия американские биофизики Стэнли Миллер, Хуан Оро, Лесли Оргел в лабораторных условиях имитировали первичную атмосферу планет...
-
Планета Плутон - Гипотезы о происхождении Солнечной системы
Идея о существовании в Солнечной системе девятой планеты появилась в результате обнаружения отклонений в орбитальном движении Урана и Нептуна, которые...
-
Строение Солнечной системы - Законы движения небесных тел и строение Солнечной системы
Хорошо известно, что основная масса Солнечной системы (около 99.8%) приходится на ее единственную звезду - Солнце. Суммарная масса планет составляет...
-
Внутреннее строение - Планеты Солнечной системы: Юпитер
Структура На данный момент наибольшее признание получила следующая модель внутреннего строения Юпитера: Атмосфера. Ее делят на три слоя: Внешний слой,...
-
Строение недр планет зонной группы - Структура Солнечной системы
Каково строение недр планет? Наиболее изученной является Земля, поэтому естественно начать с описания недр Земли. По аналогии с Землей разрабатываются...
-
Общие характеристики планет и тел солнечной системы, Меркурий - Строение Солнечной системы
Меркурий Солнечная система планета спутник Меркурий -- четвертая по блеску планета: в максимуме блеска она почти так же ярка, как Сириус, ярче нее бывают...
-
Http://www. astrogalaxy. ru/foto001/foto0086.jpg Предложенная в 1916 году Джеймсом Джинсом новая теория, согласно которой вблизи Солнца прошла звезда и...
-
Химический состав Земли - Структура Солнечной системы
Химический состав коры изучается непосредственно, информацию о составе недр Земли получают опять же с помощью сейсмических волн. Как? По зависимости (r),...
-
- Расстояние от Солнца -- 4496 * 106Км - Средняя плотность -- 1600 кг/м3 - Масса -- 17, 3 массы Земли - Период обращения вокруг Солнца -- 164, 8 лет -...
-
- Расстояние от Солнца -- 2869 * 106 км - Средняя плотность -- 1300 кг/м3 - Масса -- 14, 5 массы Земли - Период обращения вокруг Солнца -- 84, 01 года -...
-
Состав и внутреннее строение., Спутники Нептуна. - Характеристика планеты Нептун
Из всех элементов на Нептуне преобладают водород и гелий примерно в таком же соотношении, как и на Солнце: на один атом гелия приходится около 20 атомов...
-
Образование планет - Теория образования Солнечной системы
Вернемся к спутникам нашего Солнца, к тем обрывкам туманности, которые оторвались от центрального сгустка под действием центробежной силы и начали...
-
Структура - Юпитер среди планет Солнечной системы
Модель внутренней структуры Юпитера: под облаками -- слой смеси водорода и гелия толщиной около 21 тыс. км с плавным переходом от газообразной к жидкой...
-
Образование Вселенной - Земля - планета Солнечной системы
Земля - одна из 9 планет Солнечной системы, а Солнце представляет собой самую рядовую звезду типа желтого карлика, находящуюся в Галактике Млечного Пути,...
-
Гипотезы образования планет солнечной системы - Гипотезы образования планет Солнечной системы
Современная наука располагает богатым материалом о физико-химической основе жизни, о путях, которые могли несколько миллиардов лет привести к...
-
Заключение - Гипотезы образования планет Солнечной системы
Изучение проблем формирования Солнечной системы, формирования галактик и возникновения Вселенной еще далеко до завершения. Эволюция Солнечной системы до...
-
Уран - Планеты Солнечной системы
Уран - седьмая по расстоянию от Солнца планета Солнечной системы. Она также относится к планетам-гигантам, но заметно меньше Юпитера и Сатурна. Уран -...
-
Мегамир солнечная система Вопросами происхождения планет Солнечной системы занимается космогония. Полного и исчерпывающего ответа на этот вопрос наука не...
-
Процесс образования планет и их спутников - Происхождение Солнечной системы
При моделировании отдельных стадий эволюции протопланетного облака и образования планет (рис.) большое внимание уделяется начальной стадии - опусканию...
-
Солнечная система - Характеристика планет Солнечной системы
Расстояния от планет до Солнца образуют закономерную последовательность - промежутки между соседними орбитами возрастают с удалением от Солнца. Эти...
-
Планета Сатурн - Гипотезы о происхождении Солнечной системы
Планета известна с самых древних времен. Максимальная видимая звездная величина Сатурна +0,7m. Эта планета - один из самых ярких объектов на нашем...
-
Планета Юпитер - Гипотезы о происхождении Солнечной системы
Юпитер господствует среди девяти планет нашей Солнечной системы, соперничая с Солнцем в своем великолепии. Самая большая планета находится далеко за...
-
Планета Земля - Гипотезы о происхождении Солнечной системы
Земля принадлежит к группе земных планет, которая включает также Меркурий, Венеру и Марс. Земля часто сравнивается именно с этой группой, а также с...
-
Планета Венера - Гипотезы о происхождении Солнечной системы
Вторая от Солнца планета Солнечной системы. Одна из планет земной группы, по своей природе подобная Земле, но меньше по размеру. Как и Земля, она...
-
Метеориты - вестники космоса - Строение Солнечной системы
Метеориты - каменные или железные тела, падающие на Землю из межпланетного пространства. Падение метеоритов на Землю сопровождается звуковым, световым и...
-
Планеты земной группы - Теория происхождения Солнечной системы
Объединенные в одну группу планеты: Меркурий, Венера, Земля, Марс, -- хотя и близки по некоторым характеристикам, но все же каждая из них имеет свои...
-
Юпитер как "неудавшаяся звезда" - Юпитер среди планет Солнечной системы
Сравнительные размеры Юпитера и Земли. Теоретические модели показывают, что если бы масса Юпитера была намного больше его реальной массы, то это привело...
-
Юпитер среди планет Солнечной системы, Масса - Юпитер среди планет Солнечной системы
Масса Масса Юпитера в 2,7 раза превосходит массу остальных планет Солнечной системы7. Юпитер -- самая большая планета Солнечной системы, газовый гигант....
-
Модели формирования и эволюции - Планеты Солнечной системы: Юпитер
Значительный вклад в наши представления о формировании и эволюции звезд вносят наблюдения экзопланет. Так, с их помощью были установлены черты, общие для...
-
Марс - Строение Солнечной системы
Когда в 1965 году американская станция Маринер-4 с малого расстояния впервые получила снимки Марса, эти фотографии вызвали сенсацию. Астрономы были...
-
Юпитер как "неудавшаяся звезда" - Планеты Солнечной системы: Юпитер
Теоретические модели показывают, что если бы масса Юпитера была намного больше его реальной массы, то это привело бы к сжатию планеты. Небольшие...
-
Масса - Планеты Солнечной системы: Юпитер
Юпитер - самая большая планета Солнечной системы, газовый гигант. Его экваториальный радиус равен 71,4 тыс. км, что в 11,2 раза превышает радиус Земли....
-
Строение Солнечной системы, Солнце - Общие характеристики Солнечной системы
Как известно, Солнечная система представляет собой большую семью, состоящую из Солнца, планет и их спутников, комет, астероидов, большого количества...
-
Атмосферные явления и феномены, Движение атмосферы - Юпитер среди планет Солнечной системы
Движение атмосферы Анимация вращения Юпитера, созданная по фотографиям с "Вояджера-1", 1979 г. Скорость ветров на Юпитере может превышать 600 км/ч. В...
-
- Расстояние от Солнца -- 228 * 106 км - Средняя плотность -- 3950 кг/м3 - Масса -- 0.107 массы Земли - Период обращения вокруг Солнца -- 687 земных...
-
- Расстояние от Солнца -- 108 * 106 км - Средняя плотность -- 5240 кг/м3 - Масса -- 0, 82 массы Земли - Период обращения вокруг Солнца -- 225 земных...
Внутреннее строение планет-гигантов - Структура Солнечной системы