Dış gezegenlerde element bolluğu istatistikleri


16

Son zamanlarda, karbon gezegenleri - Dünya'nın aksine, oksijen, silikon ve magnezyum yerine çoğunlukla karbondan oluşan gezegenler ile karşılaştım. (Çoğunlukla çekirdeğe kilitlenmiş demir saymıyorum). Şimdi, genel olarak gezegensel kimyasal bileşimlerle ilgileniyorum. Gezegensel kimyasal bileşimlerin varyans konusunu araştıran ilginç makaleler buldum (örneğin burada veya burada ), ancak sahadaki durumun genel bir resmini yapmak benim için oldukça zor.

Bu şeyleri sormak istiyorum:

1. Hangi tipik karasal gezegen kompozisyonlarının meydana gelmesi bekleniyor? (Sanırım bol miktarda korelasyon olacak, bazı element grupları, örneğin CNO döngüsüne veya diğer nükleer döngüye bağlandıkça birbirine bağlı olarak ortaya çıkacaktır.)

2. Karasal gezegenlerin kimyasal bileşimleri gerçekten ne kadar farklıdır? (Yani tüm karasal gezegenler çoğunlukla birbirine benzer mi, yoksa her gezegen sisteminin benzersiz element oranlarına sahip olmasını mı beklemeliyiz?)


1
# 1 için bir şey tedarik edebilirim, ancak # 2 şu anda bilinmemektedir Şu anda tüm teori (sıcak Jüpiterler ve güneş sistemimizdeki karasal gezegenler hariç).
Rob Jeffries

Yanıtlar:


5

Dış gezegenlerdeki kimyasal bolluğun gözlemsel olarak belirlenmesi başlangıç ​​aşamasındadır. Karasal tip gezegenler, yani birkaç Dünya yarıçapından daha küçük boyutlar açısından , kısıtlamalar, ölçülen yoğunlukların (Kepler ve CoRoT tarafından bulunan geçiş gezegenlerinin kütlelerinden ve yarıçaplarından elde edilen) belirli gezegenlerin modelleri ile karşılaştırılması ile sınırlıdır. varsayılan kompozisyon gibi görünecektir. Bunun yakın zamanda mükemmel bir örneği Dressing ve ark. (2015) . Bu makalede, düşük kütleli gezegenlerin hepsinin tek, basit 2 bileşenli modellerle (% 83'lük bir MgSiO karışımı) tutarlı olduğu iddiasında bulunmuşlardır.3ve% 17 demir, ancak bu, daha düşük yoğunluklarını açıklamak için daha uçucu elementlere veya önemli suya ihtiyaç duyulan daha yüksek kütlelerde değişir. Bu makaleden alınan aşağıdaki grafik mevcut verileri göstermektedir ve oldukça güncel olmalıdır. Tüm düşük kütleli gezegenlerin (ve Dünya ve Venüs) aynı model ailesinde nasıl yattığını not edin.

Planet kütle vs yarıçapı Dressing ve ark.  (2015)

Yazarların bunun tüm gezegenlerin yapıldığı şey olduğunu iddia ettiklerini düşünmüyorum, ancak şu anda böyle bir kompozisyondan (örneğin, sadece yapılan gezegenlerden) büyük bir sapma olmadığını gösteriyor. demirden).

Bu diyagramda nispeten az sayıda gezegen vardır, çünkü küçük geçiş gezegenlerinin kütlelerini elde etmek zordur (gezegenin kendi konak yıldızında çekilmesinin neden olduğu doppler kaymasının saptanmasını gerektirir).

Elbette farklı modeller biraz farklı sonuçlar verir. Örneğin, Wagner ve ark. (2012) , Kepler-10b ve CoRoT-7b ve kendi ayrıntılı modelleri için aynı verileri, bu gezegenlerin gezegenin yaklaşık% 60'ını oluşturan demir bir çekirdeğe sahip olduğunu, yani Dünya'yı oluşturandan çok daha fazla olduğunu iddia etmek için kullandılar.

Şu anda en düşük kütle gezegenlerine ilişkin veriler şu anda sınırlı bir çeşitlilik olabileceğini göstermektedir . Ancak üzerinde çalıştığımız bilgiler, örneklem büyüklüğü ve sadece kütlelerin ve yarıçapların belirlenmesi gerçeği, emin olmak için çok seyrek.

Teorik açıdan birçok fikir vardır. Karasal tip gezegenlerin oluşumu ile ilgili temel kavram, ana yıldıza yakın (nispeten) yakın oluşları ve yüksek sıcaklıklarda hangi elementlerin ve minerallerin protoplantary diskten yoğunlaşabileceğini yansıtan kompozisyonlara sahip olmalarıdır. Bu da, protoplantary diskte bulunan elementlerin dengesine, burada diskin gezegende oluştuğu, protoplantary diskin ayrıntılı yapısına, nasıl soğuduğuna ve gezegenlerin diskte nasıl göç ettiğine bağlıdır. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, bu koşulların bazılarını değiştirerek, yukarıda söylediğim gibi, mevcut kanıtlarla hafifçe çelişmiş gibi görünen çok çeşitli bileşimlere sahip gezegenler oluşturmak mümkündür.

Bu teorik yaklaşımların örnekleri Moriarty ve ark. (2014) (aşina olduğunuz), aynı zamanda bkz. Carter-Bond vd. (2012)kimyasal çeşitliliğin nasıl ortaya çıkabileceğine dair örnekler. Mg / Si ve C / O oranlarının, oluşturulan gezegenlerin nihai bileşimleri üzerinde en büyük etkiye sahip olduğu görülmektedir. Düşük bir C / O oranı silikatların ve daha az karbon taşıyan bileşiklerin oluşumunu destekler; ancak oksijenden daha fazla karbon varsa, o zaman karbon ve silikon-karbür oluşturmak daha uygun hale gelir (sanırım "karbon gezegenleri" ile kastettiğin budur), ama bu aynı zamanda gezegenin oluştuğu bölgedeki sıcaklığa da bağlıdır. Referans olarak, güneş C / O oranı 0.54'tür ve Dünya'daki göreceli karbon bolluğu (Güneş'ten) çok daha düşüktür, ancak diğer yıldızlarda ölçülen C / O oranı daha yüksek olabilir.


3

Bu sorulara kesin cevaplar bulmakta zorlanabilirsiniz. Aynı cevapların peşindeyim ve bunun daha spesifik ve kapsamlı bir şeye başlangıç ​​noktası olarak katkıda bulunmasını umuyorum.

Genellikle elementlerin bolluğu kütleleriyle yakından ilişkili görünmektedir. Aslında eleman ne kadar ağır olursa o kadar az olur. Bunun nedeni, periyodik tablodaki daha ağır elementlere doğru ilerledikçe füzyon işleminin gerçekleşmesi için gereken büyük miktarda artan enerjidir.

Fe'den (Demir) daha ağır elementlerin, yıldız silikon yakıtından yanıp çöktükten ve sonraki füzyon reaksiyonları için yeterli enerji ürettikten sonra ortaya çıkacak bir süpernova patlaması (veya benzer sıcaklıklara sahip bir ortam) gibi bir olay gerektirdiği söylenir. .

Bu videoda süreç açıklanıyor

Elemanların kompozisyonlarına girmeden, belirli bir gezegende mevcut olma olasılıklarını belirlemek ve oradan gezegenin kabuğunda ve atmosferinde oluşturacakları formlara / kimyasal kompozisyonlara girmek için muhtemelen bireysel unsurların göreceli bolluğu ile başlayabilirsiniz.

Bu, wikipedia'dan spektroskopi (elementlerin emisyon ve emme spektrumlarına dayalı) ölçümlerine dayanan elementlerin göreceli bolluğunu gösteren bir grafiktir.

Evrendeki element bolluğu Burada da gösteriliyor


Grafik, ISM veya Güneş'teki mevcut malzeme bolluğudur. Karasal gezegenlerdeki bolluklar elbette oldukça farklıdır (örneğin, Dünya'nın kabuğunda ne kadar hidrojen var?)
Rob Jeffries

3
Ayrıca, demirden daha ağır elementler sadece süpernovada üretilmez.
Rob Jeffries

Yukarıdaki yorumuma dikkat edin - elbette suda hidrojen var - ama örneğin Dünya'da (ve neredeyse hiç helyum veya diğer asal gazlar) oksijenden daha az hidrojen var.
Rob Jeffries

Grafiğin sadece kabuğu değil genel bolluğu da kapsaması gerekiyor, bu nedenle çoğunluk muhtemelen atmosfer içeriğidir. Sorunun bağlamında bunun biraz kafa karıştırıcı görünebileceğini görüyorum. Süpernova patlamaları dışında demirden daha elementler nasıl oluşur? Hala nükleer füzyon mu olmalı?
td-lambda

1
Arsa, güneş sistemindeki (veya Güneş'te, kütleye hükmettiği için) temel bolluktadır. Cevabımda özetlediğim gibi, Dünyadaki bolluklar veya bazı elementler için oldukça farklı görünen karasal gezegenler değil. Demirden daha ağır elementlerin yaklaşık% 50'si dev yıldızların içindeki (patlayıcı olmayan) s işlemlerinde yapılır. - ancak bu hatayı ilk yapan siz değilsiniz - physics.stackexchange.com/questions/7131/…
Rob Jeffries
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.