Schwerkraft eines Gasplaneten ohne Kern

Sowohl Jupiter als auch Saturn haben felsige Kerne. Gibt es so etwas wie einen Gasplaneten ohne Kern? Und hätte ein Planet ohne Kern Schwerkraft?

Um nur einen Teil Ihrer Frage zu beantworten, den zweiten Teil: Ja, dieser theoretische Planet hätte die gleiche Schwerkraft; bezüglich der Schwerkraft ist es völlig egal, woraus das Ding besteht.

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Die Gravitationskraft auf eine kleine Masse an der Außenseite eines Planeten ist immer die Newtonsche

F G = − G M R 2 ,
Daher erzeugt jeder Planet und insbesondere jede Masse im Universum ein Gravitationsfeld, das auf alles andere wirkt. Also wenn zum Beispiel die Masse ist M = 2 × 10 27 k G (dh eine jovianische Masse), dann wird das Gravitationsfeld außerhalb des Planeten immer dasselbe sein (abgesehen von Gezeiten, Momenten höherer Ordnung), egal ob die Masse in Wasserstoff oder Feststoffen ist.

Bei den Gasriesen Jupiter und Saturn in unserem Sonnensystem beträgt die Masse etwa schwere feuerfeste Materialien (also alles, was schwerer als Helium ist). M R e F ≈ 15 − 20 M ⊕ , Wo M ⊕ ist eine Erdmasse. Der Rest von M ist Wasserstoff/Helium. Für Jupiter ist dies 300 M ⊕ , Saturn etwa 75 M ⊕ .
Dies ist eine relativ große Anzahl von feuerfesten Materialien in diesen Gasriesen im Vergleich zur Zusammensetzung der Sonne, weshalb wir annehmen, dass sie durch Kernakkretion entstanden sind, siehe Pollack (1996) .

Es gibt jedoch eine andere Idee, wie man Gasriesen bildet, nämlich die der Gravitationsscheibeninstabilität, siehe Boss (2002) . Diese Idee geht davon aus, dass sehr massive protostellare Scheiben, die Planeten bilden, instabil werden und in große Klumpen zersplittern können, die direkt Gasriesen bilden. Diese scheibeninstabilen Riesenplaneten hätten eine solare Metallizität, dh ein Planet mit Jupitermasse hätte nur eine refraktäre Masse M R e F ≈ 3 M ⊕ .

Diese feuerfesten Materialien würden vermutlich zum Planetenzentrum absinken und einen kleinen Kern bilden. Exoplaneten, die in großen Abständen der großen Halbachse (Hunderte von AE im Vergleich zu Jupiter 5 AE) von ihren Sternen gefunden wurden, wie YSES 2b , sind Kandidaten für solche Scheibeninstabilitätsmodelle und würden daher einen so kleinen Kern beherbergen. Aber das ist so klein wie ein Kern, man kann keinen Kern haben, der viel, viel weniger massiv ist als dieser.

Die allerersten Planeten, die sich im frühen Universum bildeten, bevor es viele Metalle gab, hätten vermutlich viel weniger massive Kerne.
@sno Von welchen Planeten sprichst du? Felsige mit sehr geringer Masse? Dann sicher, das Auftreten von felsigen Exoplaneten scheint im gesamten metallischen Raum für Rockies ziemlich gleichmäßig zu sein. Gasgiganten benötigen jedoch Metallizitäten von [ F e / H ] > − 1 und Sternmassen von M ⋆ < 1.1 M ⊙ sich in beträchtlicher Zahl zu bilden (Adibekyan 2019, Heavy Metal Rules). Das niedrigste, was Sie mit einer Kernmasse erreichen können, wäre eine Bandscheibeninstabilität. [ F e / H ] = − 1 protostellare Wolke, die zB Jupiter bildet, mit 0,3 M ⊕ Kerne. Nicht niedriger als das, wie in meiner Antwort angegeben.
@sno Abgesehen von den Daten haben beide Modelle, Kernakkretion und Scheibeninstabilität, Anforderungen an die Metallizität, um Gasriesen zu bilden. Die Kernakkretion benötigt eine minimale Menge an Metallen, um ihre Hüllen über Molekularbänder zu kühlen, um eine außer Kontrolle geratene Gasakkretion zu erreichen. Die Scheibeninstabilität erfordert eine minimale Menge an Metallen zum Abkühlen, um das Toomre-Kriterium der Instabilität zu erreichen. Beide Mindestanforderungen funktionieren mit der gefundenen Grenze von [ F e / H ] ≈ 0,1 , also würde man keine Gasriesen und daher keine Kerne im frühen Universum erwarten.
Was ist mit subbraunen Zwergen, die sich ohne Metalle bilden und dann in die Umlaufbahn um einen Stern gefangen werden, um ein Planet zu werden, oder haben subbraune Zwerge auch eine minimale Metallizität, um sich zu bilden?
@sno: Braune Zwerge sind tatsächlich äußerst selten, da sie das massearme Ende der Sternentstehung IMF bilden (das von der Metallizität abhängt) und vom massereichen Ende der Riesenplaneten (der sogenannten "Braunen Zwergwüste") getrennt sind " ui.adsabs.harvard.edu/abs/2006ApJ...640.1051G/abstract ). Die geringere Masse von BDs nimmt nur zu, wenn die Metallizität abnimmt, da die zum Verklumpen erforderliche Jeanskühlung einer ähnlichen Logik wie die anderen Prozesse folgt ( academy.oup.com/mnras/article/363/2/363/1123406 ).

Alles mit Masse hat Schwerkraft, also ja, ein solcher Planet hätte Schwerkraft.

Gase neigen jedoch dazu, sich in ihrer Umgebung zu verteilen, sodass Sie eine sehr massive Gaswolke benötigen würden, um auf einem solchen Planeten zusammenzubrechen, damit sich Gase nicht verteilen. Dies wirft die Frage nach dem Druck im Zentrum dieses Planeten auf; es wäre hoch genug, um das Gas zumindest in eine Flüssigkeit, wenn nicht sogar in einen Feststoff zu verwandeln. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass sich das Gas im Kern aufgrund der Hitze in ein Plasma verwandeln würde (wie im Zentrum der Sonne) – ein Plasma ist im Grunde ein heißes Gas, dem einige seiner Elektronen entzogen wurden.

Dies wirft die Frage auf, wissen wir, dass der Kern in Jupiter und Saturn felsig und nicht aus festem Gas besteht? Mein Verständnis ist, dass wir den Kern beider Planeten nur aufgrund des Maßes ihrer Abflachung kennen.
@Bookaholic: Das stimmt nicht. Die Existenz eines Kerns in den Gasriesen wird seit langem aufgrund von Untersuchungen der Zustandsgleichung von Wasserstoff/Helium-Mischungen bei hohen Drücken als wahr angenommen. Nimmt man eine Jupitermasse aus reinem H/He bei Jupiters Leuchtkraft, kann man das nicht in eine Kugel mit einem Jupiterradius einbauen, die Kugel wird zu massiv. Nur durch Einfügen einer ~15 M Ö P l u S Solide Masse im Inneren können Sie ein konsistentes Modell Jupiter erhalten. Darüber hinaus wurden in den letzten Jahren Fuzzy-Kerne (oder genauer gesagt Metallizitätsgradienten) innerhalb von J und S mit JUNO und Cassini gemessen.
Unter welchen Umständen entsteht ein Plasma?
@AtmosphericPrisonEscape Kannst du definieren M Ö P l u S ?
@AlexHajnal, entschuldige einen Tippfehler. M Ö P l u S = M ⊕ = 5.9 × 10 27 G .
Schwerkraft eines Gasplaneten ohne Kern
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