Das dichteste vernünftige Material für einen Planeten ist Eisen

Die Wikipedia-Seite für die Fülle chemischer Elemente zerlegt es auf ein Dutzend verschiedene Arten, aber wie auch immer Sie es aufteilen, das bei weitem häufigste dichte Material ist Eisen. Im Sonnensystem ist Fe-56 nach Massenanteilen das sechsthäufigste Nuklid nach H-1, He-4, O-16, C-12 und Ne-20. Es nimmt die gleiche Position in Schätzungen der Milchstraße ein.

Jede Antwort, die ein anderes Material vorschlägt, aus dem ein Planet gebildet werden kann, muss eine vernünftige Erklärung dafür liefern, warum dieses andere Material nicht mit Eisen gemischt wird, was mindestens zwei Größenordnungen häufiger ist als alles, was dichter ist.

Sie können die relativen Häufigkeiten hier und die Dichten hier überprüfen . Das einzige, was in der Nähe ist, ist Nickel, das auch ein Bestandteil des Erdkerns ist. Blei ist um fünf Größenordnungen seltener als Eisen; Osmium, Iridium und Platin liegen näher bei sechs.

Einen Eisenplaneten bauen

Der Erdkern besteht hauptsächlich aus einer Eisen-Nickel-Legierung mit einer Dichte von 10.000 bis 13.000 kg/m$^3$Angebot. Die Dichte des Planeten ist jedoch aufgrund des Mantels geringerer Dichte geringer, der aus Periodit und Oliven und anderen Gesteinen geringerer Dichte besteht. Der einfachste Weg, einen Ganzeisenplaneten zu bauen, besteht darin, den Mantel zu entfernen.

Wie entfernen wir den Mantel? Ich würde eine von zwei Möglichkeiten vorschlagen: eine massive Kollision oder Formation in der Nähe eines veränderlichen Sterns. Beides sind Theorien über die Entstehung von Merkur .

Die massive Kollision wäre so etwas wie der Aufprall, der den Mond formte. Bei dieser Kollision wurde viel Mantelmaterial abgesprengt, um den Mond zu erschaffen. Wir müssten die Kollision anpassen, um alle Mantelmaterialien zu blasen, um nur einen Eisenkern zum Koaleszieren übrig zu lassen. Eine ähnliche Erklärung wurde für Merkur vorgeschlagen, der tatsächlich einen höheren Eisengehalt als die Erde hat. Da es jedoch weniger massiv ist, ist es nicht so komprimiert und daher weniger dicht.

Die andere Theorie für die Entstehung von Merkur besagt, dass Merkur entstand, bevor sich die Proto-Sonne vollständig zusammengezogen hatte. Die Temperaturen am Merkur erreichten 2500 K oder sogar 10000 K und verwandelten einen Großteil des Planeten in verdampftes Gestein. Der leichteste „Gesteinsdampf“ wurde dann vom Sonnenwind fortgetragen. Ein veränderlicher Stern könnte früh in seinem Leben pulsgeschmolzen und dann leichtere Materialien von einem Planeten entfernt haben. Wenn der Stern später in seinem Leben abkühlte oder weniger variabel wurde, könnte der Planet zu einer Eisenmasse erstarrt sein.

Wie groß ist ein 1g Eisenplanet?

Die Dichte des Erdkerns ist oben aufgeführt, und Eisen hat bei Standardtemperaturen und -druck eine Dichte von 7870 kg/m$^3$. Ich bin mir des Dichtegradienten durch den Mantel nicht ganz sicher, aber meine Schätzung ist eine Gesamtdichte von etwa 9500 kg / m$^3$für einen Planeten mit der gleichen Zusammensetzung wie der Erdkern.

Dies ergibt einen Radius von etwa 3700 km.

Pulsare Planeten bestehen nur aus den schweren Elementen.

Wie PSR B1257+12 :

Es wird angenommen, dass die Planeten das Ergebnis einer zweiten Runde der Planetensystembildung sind, als Ergebnis der Verschmelzung zweier Weißer Zwerge zu einem Pulsar und einer daraus resultierenden Materialscheibe im Orbit um den Stern.

oder 4U 0142+61 :

Dies könnte beweisen, dass Pulsarplaneten um Neutronensterne herum häufig vorkommen. Die Trümmerscheibe dürfte hauptsächlich aus schwereren Metallen bestehen.

Jetzt wird das Zerstören von Weißen Zwergen dazu führen, dass sich das verschüttete Material wieder in normale Materie ausdehnt, aber wird es hauptsächlich Eisen sein, oder was? Allgemeiner gesagt wird eine Trümmerwolke, die aus den Elementen besteht, die nicht weggeblasen wurden, mit „Schwermetallen“ angereichert, also ziehen Sie Osmium, Blei, Platin usw. in Betracht.

Ein aus dieser Mischung hergestelltes Objekt würde nach dem, was wir wissen, erwartet und nicht als künstlich angesehen werden. Noch überraschender, aber immer noch als natürlich vorausgesetzt, da bessere Entstehungsmodelle benötigt werden, wäre, dass diese Schwermetallscheibe nach Gewicht sortiert wurde, so dass sich Planeten mit unterschiedlichen Fraktionen bildeten, darunter einer, der fast vollständig aus den schwersten Elementen besteht.

Vielleicht verursachen die Magnetfelder des Pulsars eine Trennung nach Elementen, sodass Sie einen Planeten aus Eisen, einen aus Blei, zwei ^※ aus Elementen der Platingruppe usw. erhalten Wolke wird in einem Massenspektrometer im kosmischen Maßstab in getrennte Bündel getrieben , und jedes Bündel endet damit, einen Planeten zu bilden.

Mołot berechnet, dass die Osmiumwelt 1553 km lang und 3094 km lang sein würde, um der Erdoberflächengravitation zu entsprechen.

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※ Periode 5 (Ru, Rh, Pd) und Periode 6 (Os, Ir, Pt) haben unterschiedliche Gewichtungen.

Osmium

Es ist also ziemlich exotisch, einen reinen Osmiumplaneten zu haben, weshalb andere Antworten dies vermieden haben. Aber exotisch passiert im Universum.

Unter Normaldruck beträgt Osmium 22,5 g/cm3, während die Erde selbst durchschnittlich 5,51 g/cm3 enthält.

Bei Oberflächendruck schlägt WolframAlpha einen Radius von 1.560 km vor

Aber die überwiegende Mehrheit der Erde steht nicht unter normalem Druck. Richtige Körper haben sich die Komprimierbarkeit von Osmium angesehen (es ist nicht sehr komprimierbar!) und sie haben dieses Diagramm erstellt

Google sagt uns, dass der Druck im Erdmittelpunkt etwa 360 GPa beträgt, sodass wir das Volumen aus dem Diagramm bei etwa 40 Angström^3 gegenüber 60 bei Normaldruck ablesen können, was uns 2/3 des Volumens gibt: 33,75 g /cm3.

Also gibt uns unser freundlicher Rechner wieder einen Mindestradius von 1.040 km.

Neutronium

Stellen Sie sich nun vor, dass ein Neutronium-Chip einen Neutronenstern abgespalten hat und (unmöglich) stabil bleibt. Es wäre nicht bequem (wir würden schnell sterben), wenn wir weitergehen würden, aber...

Neutronium hat eine Dichte von etwa 4,0 × 10 ^ 14 g / cm3, ist also viel dichter als Osmium, und Sie würden eine Kugel aus reinem Neutronium mit einem Radius von etwa 8 Hundertstel Mikrometer erhalten .

Solange Ihr Planet also einen Neutroniumkern hat, sollten Sie in der Lage sein, einen Planeten mit einem beliebigen Radius (größer als Mikrometer) zu haben, den Sie wählen, indem Sie einfach den Kern in einen Schild wickeln, um das Neutronium zu stabilisieren.

Großes Lob an Dietrich-Epp dafür, dass er meine schreckliche Mathematik bemerkt hat

Also ging ich eher experimentell als theoretisch an die Sache heran und zeichnete die Dichte aus einer Liste der Planeten, die wir kennen, und suchte nach dem dichtesten (das ist kein Gasriese).

Also haben wir:

55 Cancri e

$$Radius = 1.990 \times R_{E}$$ $$Mass = 8.347 \times M_{E}$$

Setzen Sie diese also in die Dichtegleichung ein:

$$\rho_{C55e} = \frac{M_{C55e}}{\frac{4}{3} \pi R^{3}_{C55e}} = \frac{1}{\frac{4}{3} \pi} 1.059 M_{E}R_{E}^{-3}$$

Und wir wissen, dass die Erde wäre

$$\rho_{E} = \frac{1}{\frac{4}{3} \pi} M_{E}R_{E}^{-3}$$

Dann kleben wir es in Ihre

$$r=\frac{3g}{4\pi G \rho}$$ und umstellen für: $$r\rho=\frac{3g}{4\pi G}$$ Wo, in Einheiten von $R_{E}$und $\rho_{E}$, das ist gleich $\frac{3}{4\pi}$, also unser neuer Planet mit Dichte $\rho_{K52c}$hätte einen Radius: $$r \rho_{K52c} = r \frac{3}{4 \pi} 1.06=\frac{3}{4\pi}$$ $$r=\frac{1}{1.06} R_{E} = 6010 km$$

Nicht sehr weit vom Erdradius entfernt ($6371km$), aber als der dichteste bekannte Gesteinsplanet bezeichnet - vielleicht gibt dies zumindest einige Richtlinien für das, was man sieht.

Vernünftig wie ungewöhnlich, aber keine Gesetze der Physik brechend?

Ohne etwas wirklich Exotisches

Etwa so groß wie der Erdmond.

Wenn wir einen Körper mit einem Kern hätten, der eine wirklich bemerkenswerte Menge an Gold, Wolfram, Americium, Uran, Rhenium, Platin, Iridium und Osmium mit einer dünnen Gesteinskruste über der Oberfläche enthält, dann könnte die Dichte im Bereich von 20 g / cc.

Eine Kugel mit einem Radius von etwa 1750 km hätte eine Oberflächengravitation von 9,78

Das ist ziemlich genau der Radius des Erdmondes, er wäre etwa 14 der Gesamtmasse der Erde, etwas schwerer als Quecksilber.

Seltene Elemente, aber nicht so selten, dass ein großer Brocken nicht als ungewöhnlich reiner Brocken oder die schwersten Elemente aus dem Kern eines größeren zerstörten Körpers oder so etwas erklärt werden könnte.

Vielleicht möchten Sie die radioaktiven Stoffe dort ausschalten, da dies zu überkritischen Komplikationen führen kann.

Eine kürzlich durchgeführte Studie [1] hat herausgefunden, dass eine beträchtliche Anzahl der bisher entdeckten extrasolaren Planeten trotz scheinbarer Unterschiede in Masse und Größe eine Oberflächengravitation aufweisen, die der der Erde sehr ähnlich ist.

Erstens wächst die Oberflächengravitation der kleinen Körper im Sonnensystem und der Gesteinsplaneten, die kleiner als die Venus sind, mit der Quadratwurzel der Masse. Zweitens wächst bei gasförmigen Riesen-Exoplaneten die Oberflächengravitation linear mit der Masse. Und überraschenderweise finden wir in der Übergangszone (zwischen 1 und 100 Landmassen) eine Art Plateau, das eine konstante Oberflächengravitation aufweist, die ungefähr der der Erde ähnelt.

Es scheint also eine Korrelation zwischen Masse und Radius der Planeten zu bestehen, um dieses Plateau aufrechtzuerhalten. Aus der Abbildung ergibt sich also die Antwort auf Ihre Frage: Die Erde ist der kleinste vernünftige natürliche Planet mit erdähnlicher Oberflächengravitation, oder die Venus, wenn Sie ein Zugeständnis machen möchten.