Müssen alle Planeten einen festen/flüssigen Kern haben?

Erdgas, nein. Flüssig, ja, technisch gesehen.

Für den Wasserplaneten können Sie sich ein sehr hohes Temperatur- und Druckphasendiagramm ansehen , um intuitiv zu erkennen, dass dies zwar wahr sein mag, aber nicht sehr zufriedenstellend sein wird. Bei jeder angemessenen Innentemperatur des Planeten wird der Wasserplanet einen festen Eiskern haben.

Das Gute daran ist, dass bestimmte Arten von Wassereis Sie verbrennen können, wenn Sie sie berühren . Natürlich würden sie deinen schrecklich zerquetschten Körper verbrennen, weil sie nur unter sehr hohem Druck existieren.

Aber zurück zu anderen Materialien als Wasser. Das Diagramm stammt aus dieser Veröffentlichung . Es ist ein vorgeschlagenes Phasendiagramm für Wasser bei sehr hohen Temperaturen und Drücken. Insbesondere diejenigen innerhalb von Uranus und Neptun. Es stellt sich heraus, dass Wasser unter diesen Bedingungen aufhört, Wasser zu sein. Dies tritt bei allen Substanzen bei extremen Temperaturen und Drücken auf.

Beispielsweise wird Wasserstoff, wie ckersch betonte, unter hohem Druck und ausreichender Temperatur zu einer metallischen Flüssigkeit. Wie diejenigen, die innerhalb eines Planeten erfahren werden. Metallischer flüssiger Wasserstoff kann 5- bis 40-mal dichter sein als flüssiger Wasserstoff . Das bedeutet, dass ein Planet, der nur aus Wasserstoff besteht, reibungslos von einem Gas in eine Flüssigkeit übergehen würde und die dichteste Flüssigkeit mehrere Male dichter wäre als flüssiges Wasser. Es gäbe keine Oberfläche. Wenn die Dichte zunimmt, können die Atome schließlich nicht mehr voneinander entfernt bleiben und der Planet wird zu einem Stern.

Man kann sich leicht vorstellen, dass im sehr frühen Universum alle Planeten vollständig aus Wasserstoff und Helium bestanden. Das heißt, zu einem bestimmten Zeitpunkt gab es möglicherweise mehr Planeten ohne festen Kern als Planeten mit einem festen Kern.

Flüssiger Kern

Es ist definitiv möglich, einen Kern aus flüssigem Wasserstoff zu haben. Es könnte sogar in einem Gasriesen möglich sein, aber die Eigenschaften von Materialien bei solchen Temperaturen und Drücken sind größtenteils theoretisch.

Im Gegensatz zu Wasser, das bei ausreichend hohem Druck immer ein Feststoff ist, verwandelt sich ausreichend heißer unter Druck stehender Wasserstoff zuerst in eine Flüssigkeit und dann (theoretisch) in ein flüssiges Metall. Dies könnte bei Gasriesen in unserem Sonnensystem der Fall sein, obwohl ihre Kerne genügend andere Elemente enthalten, um fest zu sein.

Das Phasendiagramm für Hochdruck-Wasserstoff sieht so aus:

Also ja, Sie könnten einen Planeten mit einem Kern aus flüssigem Wasserstoff haben. Machen Sie es etwa so groß wie Jupiter, aber entfernen Sie die Verunreinigungen.

Gaskerne

Ich muss noch ein bisschen mehr nach Gaskernen forschen, aber ich glaube nicht, dass sie funktionieren werden, zumindest für einen stabilen Planeten. Um so groß wie ein Planet und heiß genug zu sein, um einen gasförmigen Kern aufrechtzuerhalten, werden Sie meiner Meinung nach entweder im Kern eine Kernfusion auslösen und einen Stern bilden, oder die äußeren Schichten der Atmosphäre haben zu viel Energie von der Schwerkraft festgehalten und gehen an den Weltraum verloren.

Kurze Antwort: Ja, Planeten müssen einen flüssigen/felsigen Kern haben

Bei fast allen Stoffen passiert bei extrem hohen Drücken/Temperaturen eines von zwei Dingen: Entweder Sie haben den kritischen Punkt überschritten und die Unterscheidung zwischen Gas und Flüssigkeit wird bedeutungslos, oder Sie haben Ihren Stoff zu einem Feststoff komprimiert.

Ich weiß nicht, wie ich es berechnen soll, aber ich nehme an, es besteht die Möglichkeit, dass es ein Gas gibt, das der Verflüssigung ausreichend widersteht, dass ein Planet aus dem Gas sowohl genug Schwerkraft hat, um zu verhindern, dass dieses Gas entweicht, als auch niedrig genug Masse, um zu verhindern, dass das Gas überkritisch wird/sich verflüssigt.

Sonnensysteme sind jedoch normalerweise nicht einheitlich. Sie enthalten stattdessen viele verschiedene Materie, einschließlich Materie, die bei den Temperaturen und dem Druck eines Planetenkerns flüssig/fest wäre. Während es also theoretisch möglich sein mag, dass ein Planet existiert (und ich zögere zu glauben, dass dies tatsächlich möglich ist), könnte dies in der Praxis offen gesagt nicht so passieren.

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Ja, ein solcher Planet könnte existieren (sogar aus Wasser):

Grundsätzlich suchen wir danach, wie viel Masse 100 kBar oder weniger auf das Zentrum des Planeten in der Entfernung vom Stern bringen, der dem Planeten 650 K Wärme zuführt?

Quecksilber scheint gut für die Hitze geeignet zu sein, lassen Sie uns damit fahren:

Angesichts dieses Phasendiagramms könnten Sie einen Planeten haben, der im Zentrum seiner Masse nicht mehr als 100 kBar Druck erfährt und der in der Entfernung von Merkur umkreist. Quecksilber hat einen Innendruck von 400.000 Atmosphären, ist aber 5,4-mal so dicht wie Wasser. Reduzieren Sie den Innendruck unserer Wasserwelt um 1/5, weil unser hypothetischer Planet 1/5 so dicht ist. Wir müssen nur unter ~98.000 atm bleiben (wir sind bei 74.074 atm), um unter 100 kBar zu sein. Das bedeutet, dass wir einen flüssigen Planeten haben könnten, der größer als die Größe von Merkur ist, etwas weiter als die Entfernung von Merkur von der Sonne oder weniger. Unter der Annahme einer gleichmäßigen Erwärmung des gesamten Planeten.

Laut diesem Link ist das jedoch kein Problem, wir haben unseren Planeten in (oder näher) der 650K-Wärmeentfernung von der Sonne platziert.

Die Oberfläche des Ozeans kocht, aber die Atmosphäre an der Oberfläche hat auch 100 % Luftfeuchtigkeit. Jeder Regen (aufgrund der Abkühlung der Troposphäre) kocht, bevor er auftrifft, aber Sie werden wahrscheinlich irgendwo dazwischen eine Wolkendecke haben. Regen kann möglicherweise auf die Nachtseite fallen oder wenn die Wolkendecke genügend Schatten / Wärmeblockierung bietet. Die Wolkendecke macht die Venus jedoch nicht kalt. Die Wolkendecke blockiert auch den Wärmeverlust an den Weltraum, was bedeutet, dass die Nachtseite des Planeten wärmer sein wird als die Nachtseite von Merkur.

Keine Magnetosphäre bedeutet, dass wir ständig diese Wasserdampfatmosphäre verlieren würden (na ja, und reinen Sauerstoff, da der Wasserstoff durch Photodissoziation entfernt wird). Ich bin mir nicht sicher, wie lange der Planet nach seiner Entstehung und Erwärmung überleben würde.

So viele Gedanken zu diesem Konzept / dieser Frage, und ich möchte die Kommentare nicht noch mehr durcheinander bringen.

Einige Gedanken:

Sie benötigen außergewöhnlich reine Flüssigkeiten / Gase, um einen nicht festen Planeten zu bilden. Alles, was ausfallen könnte, würde einen festen Kern verursachen. Das ist wahrscheinlich viel weniger als ein ppm (oder sogar 1 ppt). Ich bin mir nicht sicher, wie genau wir den obigen Flüssigwasserplaneten rein machen müssten. Ich bin mir ziemlich sicher, dass es unsere derzeitigen Möglichkeiten übersteigt. OTOH, vielleicht lassen Sie den Kern formen und heben ihn dann mit massiven Motoren heraus.

Sie brauchen auch (höchstwahrscheinlich) ein außergewöhnlich sauberes Sonnensystem, da eine der Definitionen eines Planeten etwas ist, das seine Umlaufbahn reinigt. Sie können keine Asteroiden (und wahrscheinlich nicht einmal Weltraumstaub bei Alterswerten von über einer Milliarde Jahren) oder irgendetwas anderes haben, das in Ihren Planeten gesaugt werden kann, oder sie bilden einen festen Kern. Natürlich könnten unsere Außerirdischen weiterhin Kerne herausziehen, sie auf den aktuellen Mond werfen und diesen Mond zu einem abgeflachten Sphäroid umformen lassen.

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Falls andere Kommentare und andere Teile dieser Antwort nicht klar waren, müsste der Planet klein sein. Ich bin mir nicht sicher, wie klein, aber es könnte kein Gasriese sein, da das groß genug ist, damit seine Schwerkraft Gase (und höchstwahrscheinlich seine Flüssigkeiten) verfestigen kann.

Sie können mit einem Gasplaneten mit einem flüssigen Kern enden - besonders wenn Ihr Planet Kometen aufnimmt oder über freien Wasserstoff / Sauerstoff verfügt, der von Blitzen oder etwas anderem getroffen werden kann. Ich gehe davon aus, dass der springende Punkt dieser Übung darin besteht, dass Sie Ihren Planeten passieren möchten - das Auftreffen auf die Flüssigkeitsoberfläche (die unter enormem Druck existiert) mit ausreichender Geschwindigkeit (allein Fallgeschwindigkeit, viel weniger Motorflug) könnte ein Problem sein.

Ich wäre neugierig zu wissen, ob ein ausreichend kleiner Gasplanet (offensichtlich kein Riese) genug schwerere Gase hätte, um die Eigengravitation aufrechtzuerhalten, während er die leichteren verliert, um den Kern aus festem Gas zu vermeiden. Oder würde sich aus Gasen sogar ein ausreichend kleiner Planet bilden? IIRC, sie können sich nicht im Inneren von Sonnensystemen bilden (weggeblasen werden), sondern sich am äußeren Rand bilden und nach innen geschleudert und geschmolzen werden ...

Niemand scheint den einen Planeten zu erwähnen, von dem wir wissen, dass er definitiv einen flüssigen Kern hat:

Der innere Kern der Erde besteht aus massivem Eisen, aber er ist von einem äußeren Kern aus flüssigem Eisen umgeben.

Es ist fast sicher, dass früher in der Geschichte des Planeten der gesamte Kern flüssig war. Der innere Kern bildete sich erst, als das Innere des Planeten so weit abgekühlt war, dass das Eisen zu erstarren begann. Der innere Kern wird mit der Zeit immer mehr wachsen. Es ist im Grunde wie ein Eiswürfel, der in Wasser schwimmt, das langsam abgekühlt wird, mit dem einzigen Unterschied, dass festes Eisen schwerer ist als flüssiges Eisen und daher zu Boden sinkt. Irgendwann wird der ganze Kern einfrieren, aber das wird Milliarden von Jahren dauern.

Es gibt auch einen Planeten, der diese Frage beantworten könnte

Wenn das nicht möglich ist, wäre dann ein Gasriese mit einem flüssigen, aber nicht einem festen Kern möglich?

Es wird angenommen, dass Jupiter einen kleineren felsigen Kern unter der (flüssigen) metallischen Wasserstoffschicht hat, aber es ist nicht sicher bekannt, ob das existiert. Es ist möglich, dass Jupiter ohne einen entstanden ist oder sich danach aufgelöst hat. In diesem Fall wäre der Kern des Planeten vollständig flüssig.

Auch wenn dies bei Jupiter nicht der Fall ist, ist es durchaus möglich, einen jupiterähnlichen Planeten ohne felsigen Kern zu haben. Dies wäre besonders einfach, wenn es viel früher in der Geschichte des Universums entstanden wäre, da es früher nicht so viele schwere Elemente gab wie heute. Angenommen, Planeten könnten sich um die erste Generation von Sternen bilden (ich sehe keinen Grund, warum sie das nicht könnten), müssten sie vollständig aus Wasserstoff und Helium bestanden haben und hätten keine festen Kerne gehabt.

(Vermutlich wurden einige davon von ihren Sternen weggeschleudert und existieren heute noch im interstellaren Raum. Sie werden jedoch mit der Zeit abkühlen, und Wasserstoff kann gefrieren, wenn es kalt genug wird - ich weiß nicht, ob sie es tun oder nicht würde langsam genug abkühlen, um immer noch flüssig zu sein.)