Warum werden Planeten nicht durch die Schwerkraft zermalmt?

In sehr einfachen Worten, die Sie hoffentlich verstehen werden.

Die Anziehungskraft der Schwerkraft hängt von Masse und Entfernung ab.
Auf die Atome, aus denen die Erde besteht, wirken zwei Kräfte, die Gravitationsanziehung aufgrund aller anderen Atome und die Coulomb-/elektrostatische Abstoßungskraft zwischen den Elektronen, die die Atome umkreisen.
Die Elektronenhüllen stoßen sich gegenseitig ab.

Mit zunehmender Masse nimmt die Anziehungskraft der Gravitation zu und die Atome kommen näher zusammen, und die Abstoßung zwischen den Elektronenhüllen nimmt zu, um die erhöhte Anziehungskraft der Gravitation auszugleichen.

Wenn die Masse noch weiter zunimmt, kann die abstoßende Coulomb-Kraft die erhöhte anziehende Gravitationskraft nicht ausgleichen und das Atom kollabiert, wobei sich Protonen und Elektronen zu Neutronen verbinden.
Sie haben dann ein Gebilde aus Neutronen – einen Neutronenstern.

Es gibt immer noch die gravitative Anziehungskraft zwischen Neutronen, aber jetzt wird die Abstoßungskraft durch die starke Kernkraft zwischen den Neutronen bereitgestellt - Neutronen mögen es nicht, "gequetscht" zu werden.

Erhöhen Sie die Masse noch mehr und die Anziehungskraft der Gravitation nimmt zu und ebenso die Abstoßungskraft zwischen Neutronen, indem die Neutronen näher zusammenkommen.

Wenn Sie die Masse schließlich noch weiter erhöhen, reicht die Abstoßungskraft zwischen den Neutronen nicht aus, um die gravitative Anziehungskraft zwischen den Neutronen auszugleichen, und Sie erhalten einen weiteren Kollaps in ein Schwarzes Loch.

Die einfache Antwort auf Ihre Frage lautet also, dass die Gravitationskräfte zwischen den Atomen, aus denen ein Planet besteht, nicht groß genug sind, um einen katastrophalen Zusammenbruch auszulösen, weil die Masse eines Planeten nicht groß genug ist.

Planeten werden durch die Schwerkraft zermalmt! Deshalb ist die Erde zum Beispiel eher ein dicht gepackter kugelförmiger Stein als eine lose Staubwolke.

Es gibt einfach nicht genug vernichtende "Kraft", um mehr als das zu tun.

Die Teilchen, aus denen Atome bestehen, sind elektrisch geladen und stoßen sich gegenseitig ab, wenn sie einander zu nahe kommen. Gravitationskräfte ziehen nur ein Teilchen zu einem anderen an und stoßen es nie ab, aber sie sind extrem schwach im Vergleich zur elektrischen Kraft. Um ein Schwarzes Loch zu erzeugen, muss die Gravitationskraft diese Abstoßungskräfte zwischen Teilchen überwinden. Bei Objekten wie der Erde und der Sonne sind die Abstoßungskräfte viel größer als die Gravitationskraft.

Es gab bereits mehrere Antworten, aber als Syntheseversuch:

Die Schwerkraft ist anziehend und verursacht in Abwesenheit einer abstoßenden Gegenkraft den Zusammenbruch eines massiven Objekts. Die Größenordnung des Drucks, der benötigt wird, um dem Gravitationskollaps zu widerstehen, liegt ungefähr in der Größenordnung von$GM^2/R^4$wo$M$ist die Masse des Objekts und$R$sein Radius.

Im Fall eines Planeten wie der Erde sind die Abstoßungskräfte elektrostatischer Natur (ihre Elektronen neigen dazu, sich abzustoßen). Für die Erde,$GM^2/R^4 \sim$1000 GPa.

Ist die Masse viel größer, ist die Schwerkraft zu stark und die elektrostatischen Kräfte zu schwach, um ihr entgegenzuwirken. Wenn die Dichte hoch genug ist, können Kernreaktionen stattfinden, die eine große Menge an Strahlung emittieren. In diesem Fall ist das Objekt ein Stern und wird durch thermischen Druck gehalten. Für die Sonne,$GM_{\odot}^2/R_{\odot}^4 \sim 10^{6}$GPa, aber dieser Druck kann von einem Stern zum anderen stark variieren.

Nach einiger Zeit setzen Kernreaktionen nicht mehr genügend Energie frei, zum Beispiel wenn die Eisenproduktion beginnt (Eisen ist der stabilste Kern, und Reaktionen, die ihn umwandeln, wären endotherm). In diesem Fall kann das Objekt zu einer Materie höherer Dichte kollabieren, diesmal stabilisiert dank Paulis Ausschlussprinzip.

Dieses Prinzip besagt, dass zwei Fermionen nicht denselben Quantenzustand einnehmen können, was zu einer sehr starken Abstoßungskraft zwischen ihnen führt. Bei Weißen Zwergen sind diese Fermionen Elektronen. In Neutronensternen sind es meistens Neutronen. Die starke Kraft trägt auch dazu bei, der Schwerkraft in Neutronensternen zu widerstehen. In diesen Fällen kann der Druck extrem sein. Die Masse eines Neutronensterns ist normalerweise$\gtrsim 1.2 M_{\odot}$, und sein Radius in der Größenordnung von 10 km. Dies ergibt$P \sim 10^{25}$GPa.

Sie müssen verstehen, dass hier zwei Faktoren eine Rolle spielen, der erste ist die Schwerkraft, die versucht, den Planeten näher zu bringen und ihn zu zerquetschen, und der zweite Faktor versucht, dieser Zerkleinerung zu widerstehen, z Sterne . Dieses Spiel zweier unterschiedlicher Faktoren führt also in einigen, aber nicht allen Fällen zum Zerquetschen.

Hier gibt es bereits viele gute Antworten, aber eine Denkweise zu diesen Dingen wurde vielleicht nicht genug betont. Das heißt, dass die Masse innerhalb einer Kugel (unter der Annahme einer gleichmäßigen Dichte) mit der dritten Potenz des Radius zunimmt. Wenn Sie also den Radius verdoppeln, haben Sie achtmal so viel Masse darin. Die Gravitationskraft nimmt also zu, wenn Objekte größer werden. Daher sind kleine Objekte möglicherweise nicht einmal kugelförmig, aber ab einer bestimmten Größe sind Planeten kugelförmig, und wenn sie weiter an Größe zunehmen, werden die Gravitationseffekte immer bedeutender.

Das andere verwandte und nützliche Konzept ist der Schwartzchild-Radius . Vereinfacht kann man sich das so vorstellen. Angenommen, Sie haben eine bestimmte Masse ($m$) und du legst es in eine Radiuskugel$r$. Je kleiner der Radius wird, desto größer wird die Fluchtgeschwindigkeit. An einem bestimmten Punkt ist die Fluchtgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit und somit kann nichts entkommen. Dieser Radius, bei dem dies auftritt, ist der Schwartzchild-Radius, und er ist proportional zur Masse$m$. Gemäß der Diskussion im ersten Absatz wird es für eine Masse immer einfacher, in ihren Schwartzchild-Radius zu passen, je größer sie wird. Etwas wie die Erde müsste in eine 1-cm-Kugel passen, was angesichts der Abstoßung der Atome im Grunde unmöglich ist. Aber bei viel größeren Objekten nimmt mit zunehmendem Radius die Masse mit dem Würfel zu, und so nimmt der Schwartzchild-Radius mit dem Würfel zu, und so wird es schließlich für ausreichend große Objekte einfacher, ein Schwarzes Loch zu sein.

Ähnliche Physik gilt in anderen Situationen.