In The Event One Wants a Gas Titan in His Worldbuilding Story

In den letzten Jahren haben wir Exoplaneten entdeckt, die sich unserer traditionellen Sichtweise auf die Funktionsweise von Planeten widersetzen. WASP-17b ist doppelt so breit wie Jupiter, aber nur halb so massereich, wahrscheinlich wegen seiner orbitalen Nähe zu seiner Sonne.

Saturn selbst ist sehr verwirrend. Es ist nach Jupiter an zweiter Stelle in Durchmesser und Masse. Trotzdem ist Saturn mit nur 0,687 Gramm pro Kubikzentimeter der leichteste Planet im Sonnensystem. Seine Atmosphäre besteht zu 75 % aus Wasserstoff und zu 25 % aus Helium – könnte dies eine Rolle bei der Bestimmung der Rekorddichte des Saturn gespielt haben?

Für den Fall, dass ein Weltenbauer einen fünf Milliarden Jahre alten alternativen Jupiter erschafft, der eine 11-mal größere Masse hat (ähnlich wie HD 106906 b), aber eine geringere Dichte hat und sich immer noch in einer Umlaufbahn von 483,8 Millionen Meilen von der Sonne befindet, würde die Gesamtstruktur realistisch sein? Würde ein Super-Jupiter mit einer Atmosphäre aus 75 % Wasserstoff und 25 % Helium dazu beitragen, seine Dichte unter den regulären Jupiter zu reduzieren?

Antworten (1)

Wikipedia sagt:

Somit besteht Jupiters Atmosphäre zu etwa 75 % aus Wasserstoff und zu 24 % aus Helium, wobei das verbleibende ein Prozent der Masse aus anderen Elementen besteht. Das Innere enthält dichtere Materialien, so dass die Massenverteilung etwa 71 % Wasserstoff, 24 % Helium und 5 % andere Elemente beträgt.

Beachten Sie die Verwendung des Vergleichs "nach Masse" , was bedeutet, dass selbst in diesen Ergebnissen Wasserstoff nur mit 1 gegenüber Helium gewichtet wird ≈ 4 (abhängig vom Isotop).

Für einen diffuseren Gasriesen braucht man etwas, das das Gas nach außen drückt, so dass das hydrostatische Gleichgewicht etwas weiter draußen erreicht wird.

Nun, um dies zu tun, können wir uns ein paar verschiedene Gleichungen ansehen.

d p d z = − ρ g = − 4 G ρ 2 π z 3
Wo wir die Kraft aus dem Gasdruck ausgleichen ( p ) mit der Gravitationskraft in der Höhe z .

Wir können den Druck und die Dichte durch das Volumen und die gegebene ideale Gasgleichung in Beziehung setzen ρ = M v = v μ v ∴ v = v μ ρ und p v = v R T so dass:

p μ = ρ R T
Woher μ ist das Atomgewicht unseres Gases. Jetzt können wir alles zusammenfassen als:
d p d z = − 4 G π z 3 ( μ p R T ) 2

Allerdings geraten wir nun in eine Sackgasse. Wir haben keine feste Temperatur und keine feste Zusammensetzung des Planeten. Sie haben jedoch die freie Wahl.

  • Sie könnten feststellen, dass Ihr Kern immer noch heiß ist, durch radioaktive Zerfälle, Kollisionen, vielleicht eine künstliche Quelle. Unabhängig davon, wenn eine ausreichende Wärmequelle vorhanden ist, können Sie Ihren Gasriesen ziemlich hoch pumpen.

  • Sie können etwas mehr mit Ihrer Dichte spielen.

  • Sie könnten einige umlaufende Monde haben, die die Atmosphäre herausziehen (obwohl dies nicht stabil wäre).

Sie haben die Freiheit zu entscheiden, welche davon Sie möchten. Wenn Sie eine Geschichte schreiben möchten, bezweifle ich, dass Ihre Leser eine besonders tiefgehende Analyse darüber wünschen, wie der Planet funktioniert. Wenn Sie also viel weiter gehen, es sei denn, Sie möchten dies ausdrücklich möchten, würden Sie nur Zahlen knacken.

TLDR: Höhere Temperaturen können höheren Dichten entgegenwirken. Die Herstellung eines hydrostatischen Gleichgewichts weiter außen kann eine Frage der Erhöhung der Temperatur (und damit des Gasdrucks) sein.

Das ist eigentlich ein Ding: en.wikipedia.org/wiki/Hot_Jupiter
@Zxu Dieser Link ist umstritten, weil Hot Jupiter-Systeme keine felsigen Planeten haben.
Weiter draußen als näher an der Oberfläche?
Wie in weiter von der Oberfläche. z am Gleichgewichtspunkt wird der Radius deines Planeten sein.
Ein weiteres hydrostatisches Gleichgewicht erhöht oder verringert also den Radius?
Genau, wie bei einem Ballon – je mehr man herausdrückt, desto größer wird er, je weniger man tut, desto kleiner wird er. Indem Sie einen Ballon aufblasen, erhöhen Sie die v (Gasmenge drin) in der p v = v R T Gleichung, dann dehnt sich das Gas aus, bis der Gummi des Ballons den Druck ausgleichen kann. In unserem Jupiter erhöhen wir die Temperatur, dann dehnt sich der Planet aus, bis Sie einen Punkt erreichen, an dem die Schwerkraft den Gasdruck ausgleichen kann.
@JohnWDailey Es gibt einen Abschnitt in dem Artikel mit dem Titel "Terrestrische Planeten in Systemen mit heißen Jupitern".
Was eine andere Frage aufwirft – wie weit in der Atmosphäre unseres Jupiters befindet sich das hydrostatische Gleichgewicht?
@JohnWDailey Das hydrostatische Gleichgewicht sollte im gesamten Körper erfüllt sein, wobei kleine Störungen vernachlässigt werden. Andernfalls würde es auf dem ganzen Planeten erhebliche Gasbewegungen nach oben oder unten geben, und radiale Pulsationen würden auftreten. Dies ist eindeutig nicht der Fall, obwohl es einige kleine lokale Effekte gibt.
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