Dlaczego gęstość Słońca jest mniejsza niż na planetach wewnętrznych?

Gęstość Słońca wynosi a Merkury ma5430$1410~\frac{\text{kg}}{\text{m}^{3}}$ , ale czy słońce nie powinno być gęstsze? Ponieważ podczas formowania się Układu Słonecznego istniała duża tarcza szczątków, a w zależności od gęstości szczątków zbliżyła się ona bliżej lub dalej od centrum, które następnie uformowało planety, ale Słońce jest w centrum i jest mniej gęsty niż Merkury, dlaczego?$5430~\frac{\text{kg}}{\text{m}^{3}}$

Słońce nie ma tej samej gęstości przez całą drogę.

Według słonecznej strony MSFC gęstość jądra w centrum Słońca wynosi aż 150 000 kg / m 3 . Otaczających go strefy promienistej jest około 20,000 - 200 kg / m 3 (już mniejszą gęstość niż woda). Ostatecznie na krawędzi znajduje się strefa konwekcyjna - gęstość w części, którą widzimy, jest znacznie mniej gęsta niż nasze własne powietrze ...$^3$$^3$

Więc chociaż średnia gęstość Słońca nie jest bardzo niezwykła, jądro jest najgęstszym miejscem w Układzie Słonecznym.

(Niedziela przekrój z Wikipedia.org )

Fuzja wewnątrz gwiazdy wpływa na gęstość Słońca (co nie dzieje się z planetą). Wytwarza ciśnienie zewnętrzne, które równoważy przyciąganie grawitacyjne, zmniejszając w ten sposób gęstość, dopóki gwiazda płonie. Kiedy gwiazda, masa Słońca, nie jest już w stanie wytrzymać syntezy jądrowej, pozostaje biały karzeł, który w rzeczywistości jest znacznie gęstszy od Merkurego.

Gęstość materii zależy nie tylko od jej składu, ale także od temperatury i ciśnienia. Nie ma sensu mówić, że substancja A jest gęstsza niż substancja B bez określenia warunków, w których dokonuje się porównania.

Dla prostego codziennego przykładu, w temperaturze pokojowej (i pod ciśnieniem) woda jest znacznie gęstsza niż powietrze. Ale podgrzaj oba powyżej 100 ° C, a woda odparuje i faktycznie stanie się znacznie mniej gęsta niż powietrze, nawet przy tej samej temperaturze i ciśnieniu.

(Zgodnie z prawem gazu doskonałego gęstość różnych gazów w danej temperaturze i ciśnieniu jest w przybliżeniu proporcjonalna do ich średniej masy cząsteczkowej. Masa cząsteczkowa wody jest tylko o połowę mniejsza niż tlenu okrzemkowego i azotu, które są głównymi składnikami powietrza na Ziemi, a zatem para wodna jest tylko w połowie tak gęsta jak powietrze o tej samej temperaturze i ciśnieniu.)

Temperatura powierzchni rtęci jest mniejsza niż 1000 ° C (a temperatura wewnętrzna nie powinna być znacznie wyższa) i składa się głównie z metali i minerałów krzemianowych (tj. Skał), które są stałe lub płynne w tych temperaturach. Tymczasem temperatura Słońca wynosi ponad 5000 ° C na powierzchni (fotosfera), a wewnątrz jest znacznie cieplej. Gdybyś mógł ogrzać Merkurego do tej samej temperatury co Słońce, większość skał i metali, z których się składa, wyparowałaby i stałaby się znacznie mniej gęsta. Tak więc duża różnica gęstości sprowadza się po prostu do tego, że Merkury jest znacznie chłodniejszy od Słońca, a zatem może pozostać stały.

Innym powodem, dla którego Słońce jest mniej gęste niż Merkury, jest to, że Słońce zawiera dużo lekkiego gazu wodorowego (który ma zarówno bardzo niską masę cząsteczkową, jak i bardzo niski punkt parowania), podczas gdy Merkury prawie wcale nie ma wodoru. Głównym tego powodem jest to, że ciepło Słońca i wiatr słoneczny skutecznie zdmuchnęły wodór i inne lotne substancje o niskiej gęstości, które Merkury mógł kiedyś mieć (lub które istniałyby w jego ogólnym obszarze podczas formowania się Układu Słonecznego ).

Samo Słońce może zatrzymać wodór ze względu na jego ogromną grawitację (ale mimo to traci około miliarda kilogramów na sekundę; taki jest przede wszystkim wiatr słoneczny , o którym wspomniałem powyżej). Rtęć jest jednak znacznie mniejsza, a zatem jej grawitacja nie jest wystarczająco silna, aby utrzymać własny wodór tak blisko Słońca.

(Zasadniczo to samo stało się z Wenus, Ziemią i Marsem, i dlatego te wewnętrzne planety nie zamieniły się w wielkie kule wodoru, tak jak Jowisz i Saturn. Jednak Ziemia i Wenus były wystarczająco duże i znajdowały się wystarczająco daleko od Słońce, które mogliby zawiesić na innych nieco mniej lotnych substancjach, takich jak woda i powietrze . Mars znajduje się jeszcze dalej od Słońca, ale jest również znacznie mniejszy niż Ziemia, co jest głównym powodem, dla którego ma on dzisiaj bardzo cienką powierzchnię atmosfera dwutlenku węgla i bardzo mało wody, jeśli w ogóle).

Powiedziałbym, że najważniejszą odpowiedzią jest to, że objętość gwiazd jest liczona inaczej niż dla planet (wewnętrznych) .
W przypadku tych pierwszych zlicza się większość gazu otaczającego gęsty rdzeń. Te ostatnie nie mają wystarczającej ilości.

Jest to jeszcze wyraźniejsze w przypadku większych gwiazd.
VY Canis Majoris : „Przy średniej gęstości od 0,000005 do 0,000010 kg / m3 gwiazda jest sto tysięcy razy mniej gęsta niż atmosfera Ziemi (powietrza) na poziomie morza. Ulega również znacznej utracie masy z zewnętrznymi warstwami gwiazda nie jest już związana grawitacyjnie „
Tak, mniejsza gęstość niż powietrze poza ISS i wciąż jest częścią objętości gwiazdy.
Gwiazda puszcza bąki jak niczyja sprawa, a ogromna ich część wciąż liczy się w jej średnicy. Słońce nie jest inne.

Oczywiście nie używamy tej samej metryki , więc porównywanie wartości nie ma sensu .

Wszystkie pozostałe odpowiedzi dotyczą gęstości Słońca, ale uważam, że żadna z nich nie odnosi się do błędnego przekonania OP. OP wydaje się uważać, że gęstszy materiał powinien zatonąć, ale tak nie jest. Zatem Pluton jest gęstszy niż Uran, ale krąży dalej. Nie ma w tym nic dziwnego.

Powodem jest to, że energia orbitalna jest zachowywana w nieskończoność, chyba że zachodzi jakaś interakcja. Planeta czuje się „nieważka” jak astronauta na stacji kosmicznej, ponieważ spada swobodnie w kierunku środka masy Układu Słonecznego. Jeśli materia nie wejdzie w interakcje z innym ciałem, materia, niezależnie od jej gęstości, będzie nadal krążyć w tej samej odległości od środka masy Układu Słonecznego , w wyniku zachowania energii.

Gęstość staje się problemem tylko wtedy, gdy przedmioty wchodzą w kontakt fizyczny, a ciało otrzymuje popchnięcie od innego ciała.

Tak więc w orbitującym statku kosmicznym gęste obiekty po prostu krążą wokół „nieważkości” i nie „spadają” na „dno”. Zarówno powietrze, jak i przedmioty w statku kosmicznym podlegają grawitacji, ale spadają w tym samym tempie, więc się nie pchają.

Kiedy statek kosmiczny znajduje się na ziemi , powierzchnia Ziemi unosi się nad statkiem kosmicznym i uniemożliwia mu przyspieszenie w kierunku jego środka. W tych okolicznościach gęstsze obiekty, jeśli nie zostaną ograniczone, spadną w kierunku dna statku kosmicznego, wypierając mniej gęste powietrze . Kiedy uderzą o podłogę, otrzymują od niej nacisk, co zapobiega ich dalszemu upadkowi.

W kosmosie obiekty nie pchają się nawzajem przez kontakt fizyczny, więc gęstość nie ma znaczenia. Trylion ton żelaza i trylion ton krzemionki może mieć różne objętości, ale mają tę samą masę, dlatego tak długo, jak ich interakcje z resztą układu słonecznego będą miały charakter wyłącznie grawitacyjny, oba będą zachowywać się identycznie.

Z drugiej strony materia, która połączyła się w planetę, słońce lub księżyc, rozwarstwi się pod względem gęstości. W przypadku księżyca lub skalistej planety dzieje się tak prawie całkowicie ze względu na zatapianie się gęstszych materiałów i zmuszanie do wzrostu większych. W przypadku słońca lub gazowego giganta rdzeń będzie również gęstszy z powodu kompresji. Oprócz sił kontaktowych występuje również tarcie. Zauważ również, że tarcie jest konieczne do rozpadu orbity : bez tego satelity będą orbitować na tej samej wysokości w nieskończoność.

Prosta odpowiedź. Słońce to głównie wodór o masie atomowej 1. Rtęć to głównie (70%) metal, taki jak żelazo (o masie atomowej 55). Żelazo ma przewagę nad gęstością. Aby wodór był równy gęstości żelaza, 55 atomów wodoru musiałoby zostać skompresowanych w przestrzeni pojedynczego atomu żelaza. Dzieje się tak w jądrze słońca, ale nie w całym słońcu.