Okay, also Jupiter, Saturn usw. al sind Gasriesen. Ich verstehe, dass sie große Gasatmosphären haben, die aufgrund des Drucks schließlich immer dichter werden, wenn man sich dem Zentrum des Planeten nähert. Wenn wir in den Saturn oder Jupiter fallen, würden wir ihn passieren, bis wir den Kern treffen? trifft mein Modell ungefähr richtig - Gas, das schließlich durch die Schwerkraft komprimiert wird, würde, nehme ich an, einen flüssigen Kern bilden, gefolgt von einer festen Oberfläche.
Angenommen, Jupiter und Saturn bestehen aus reinem Wasserstoff (es sind tatsächlich etwa 90%, aber ich werde es etwas vereinfachen, wie würde man die Entfernung berechnen, in der es eine "Oberfläche" gibt? Anders ausgedrückt, in einiger Entfernung , die Schwerkraft sollte das Gas zu einer Flüssigkeit komprimieren, und an einem noch tieferen Punkt würde ich annehmen, dass die Flüssigkeit zu einem Gas komprimieren würde.
Gibt es eine Gleichung, die mir sagen würde, was diese Punkte sind?
Und für Bonuspunkte, angenommen, dass Saturn einen Durchmesser von 72.367 Meilen / 116.464 km hat, in welchen Entfernungen wären die Übergangspunkte von fest zu flüssig und von flüssig zu gasförmig?
Vollständige Offenlegung: Mir ist klar, dass der gleiche Oberflächendruck tatsächlich einen Menschen implodieren würde, der versucht, auf diese Oberfläche zu treten. Trotz des Wunsches, dies in der Realität zu versuchen, werde ich es nicht wirklich „zu Hause versuchen“. Dies ist ein Gedankenexperiment mehr darüber, wie ich berechne, wo die Schwerkraft eine Verbindung in einen anderen Materiezustand zwingt. Ich bin neugierig, wie man die Wirkung von Masse in Schwerkraft und Kompression modelliert. Als Gedankenexperiment nehme ich an, dass dies technisch gesehen kein „Problem“ ist, aber ich bin neugierig. Vielen Dank im Voraus :)
Dies beantwortet Ihre Frage möglicherweise nicht vollständig, aber vielleicht ist es ein guter Anfang.
Dinge, die man beachten muss
Bei den ersten beiden zu berücksichtigenden Punkten haben wir eigentlich kein großes Problem. Wir könnten die Strahlungsleistung der Sonne herausfinden (na ja ... im Wiki heißt es Wenn Sie interessiert sind), schätzen Sie die von Jupiter empfangene Energie ab, indem Sie ein Oberflächenargument anstellen und dann die Strahlungsleistung von Jupiter herausfinden. Auf dieser Seite http://www.tritonfun.com/custom.em?pid=594668 heißt es tatsächlich, dass Jupiter 1,9-mal so viel Wärme abstrahlt, wie er von der Sonne erhält. Aber das liegt daran, dass es auch seine eigene Energie aus einer Vielzahl von Methoden (einschließlich Radionukliden) erzeugt. Wir können das alles ignorieren, weil ich wetten werde, dass Jupiter kurzfristig nahe am thermischen Gleichgewicht ist (dh er ändert die Temperatur als Ganzes nicht ständig extrem drastisch). Wenn Ihnen die Informationen darüber, wie heiß ein Planet war, nicht gegeben wurden,. Glücklicherweise können wir Daten aus anderen Quellen für die Temperatur des Jupiter verwenden.
Das spricht die Punkte 1 und 2 an. Aus einer Reihe von Online-Ressourcen geht hervor, dass Jupiter mehrere Schichten hat, nämlich die äußere, gasförmige Atmosphäre, einen Übergangsbereich zwischen Gas und Flüssigkeit, einen flüssigen/metallischen Abschnitt und einen hauptsächlich aus Wasserstoff bestehenden Kern. Leider kann ich keine genauen Entfernungen von all diesen finden ... was die Beantwortung dieser Frage viel einfacher machen würde. Was wir jedoch wissen müssen, ist, dass sich die Schichten in Bezug auf Druck und Temperatur drastisch unterscheiden. Tatsächlich sind viele Schichten, die weiter vom Zentrum des Jupiter entfernt sind, tatsächlich heißer, aber mit weniger Druck. Der Druck und die Temperatur zusammen beeinflussen also, in welcher Phase sich Wasserstoff befindet. Es ist extrem kompliziert und wahrscheinlich weit außerhalb der Möglichkeiten der meisten Physiker zu verstehen, warum einige Schichten mehr Druck haben als andere, aber wir könnten einfach eine große Vereinfachung machen und den Druck sagen und Temperaturzunahme/-abnahme als einfache Funktion der Entfernung vom Zentrum des Jupiter.
Jupiters Temperatur und Druck nehmen stetig zu, je näher wir dem Zentrum nur im Kern kommen. In der Nähe des Phasenübergangsbereichs zwischen Gas und Flüssigkeit beträgt die Temperatur etwa 10.000 K und der Druck 200 Gpa. Die Temperatur am Rand des Kerns beträgt etwa 36.000 K und 3000-4500 Gpa. Es scheint also, als würden sowohl Temperatur als auch Druck in der gesamten Flüssigkeitsschicht / Übergangsschicht zunehmen. Ich bin mir nicht unbedingt sicher, wie ich das angesichts der Elemente, der Masse des Planeten, seines Radius und seiner Dichte von Grund auf neu berechnen soll. Natürlich wird es darum gehen, die Schwerkraft mit elektrostatischen Kräften auszugleichen (ich habe gerade eine schnelle Berechnung nur mit diesen 2 Kräften versucht, aber es war VIEL daneben). Die Tatsache, dass meine Berechnung ziemlich weit daneben lag, sagt mir, dass Sie noch viel mehr Dinge berücksichtigen müssen, die für die Genauigkeit äußerst wichtig sind. Wenn sich beispielsweise die Wasserstoffmoleküle erwärmen, werden sie immer schneller herumspringen, eine größere Abstoßung verursacht. Details wie diese machen die Berechnung sehr schwierig.
Ich weiß, das hilft Ihnen nicht viel, aber hoffentlich habe ich einige wichtige Punkte illustriert. Erstens ist diese Art von Berechnung (wenn Sie wollen, dass es genau ist) etwas, was Leute mit Doktortiteln, die sich auf diese Art von Sachen spezialisiert haben, berechnen. Sie können große Vereinfachungen vornehmen und vielleicht eine OK-Antwort erhalten. Aber ich habe das Gefühl, dass es verschwendete Mühe ist, die Berechnungen tatsächlich durchzugehen, wenn sie Ihnen keine sehr genaue Antwort geben. Aber wie ich schon sagte, wenn Sie eine grobe Antwort bekommen wollen, denken Sie an all die Kräfte, die vor sich gehen. Schwerkraft, elektrostatische Abstoßung, durchschnittliche Wärmeenergie und dann die Nettokraft = 0. Die elektrostatische Abstoßung von Wasserstoff finden Sie auf der Wiki-Seite und hoffentlich wissen Sie, wie Sie die Schwerkraft als Funktion der Entfernung vom Zentrum = p berücksichtigen.
Für Gasriesen kann die "Oberfläche" berechnet werden, wobei der Druck der Gase 1 Erdatmosphäre (1 atm) entspricht, dies wird verwendet, um den Durchmesser des Planeten zu bestimmen. Wo sich der eigentliche Saatkern der Planeten befindet, der sie ursprünglich gebildet hat, bin ich mir nicht sicher, wo das sein würde.
Wann immer Sie das Wort "Oberfläche" in Bezug auf einen Gasriesen verwenden, müssen Sie vorsichtig sein. Mike hat Recht, dass das 1-Atm-Niveau als Referenzniveau für Dinge wie den Radius des Planeten verwendet wird, aber das ist nicht wirklich eine Oberfläche, nur ein willkürliches Niveau in der Atmosphäre.
Und Sie denken vielleicht, dass es eine Oberfläche gibt, die die Grenze zwischen dem Ozean aus flüssigem Wasserstoff und der Atmosphäre aus gasförmigem Wasserstoff bildet, aber so funktioniert das nicht. Wasserstoff ist bei diesen Drücken nicht wirklich ein Gas oder eine Flüssigkeit, sondern ein überkritisches Fluid, und es gibt keinen scharfen Übergang.
Weiter im Zentrum befindet sich vermutlich eine Schicht aus flüssigem metallischem Wasserstoff. Es könnte dort tatsächlich einen scharfen Übergang geben, aber die Bedingungen bei diesen Temperaturen sind nicht gut verstanden.
Schließlich wird angenommen, dass das eigentliche Zentrum ein felsiger Kern ist, was im Grunde eine höhere Konzentration von Silizium, Eisen und anderen Elementen bedeutet. Aber ich bin mir nicht sicher, ob es bei diesen Temperaturen und Drücken als kristallin oder flüssig bekannt ist.
Alan Römer
Anton X
N. Jungfrau