- 图注:太阳系中各种天体的密度。注意密度与距太阳的距离之间的关系,特里顿(海卫一)与冥王星的相似度,甚至木星的卫星,从木卫一到卡利斯托,在密度上如何如此巨大的变化。
但决定其密度的不仅仅是一个世界的原材料组成。还有引力压缩的问题,它对质量越大的世界影响越大。这是我们通过研究太阳系以外的行星学到的很多东西,因为它们教会了我们外行星的不同种类。这使我们能够推断出导致我们观察到的世界的物理过程在起作用。
如果天体质量小于两个地球质量,会成为一个岩石状的,类地行星,质量更高的行星将受到更大的引力压缩。在此之上,天体开始垂悬在气体的物质包裹体上,随着物质质量的增加,该物质会从该天体“喷出”使其密度极大地下降,这解释了土星为什么是密度最低的行星。在另一个阈值之上,引力压缩再次领先。土星是木星物理尺寸的85%,但只有木星质量的三分之一。超过另一个临界值,核聚变点燃,将一颗即将成为行星的行星变成一颗恒星。
- 图注:最好的基于证据的行星分类方案是将它们分为岩石类、海王星类、木星类或恒星类。请注意,当你继续外推时,行星在达到约2个地球质量之前所遵循的“线”始终保持在图表上所有其他星球的下方。
如果我们有一个像木星这样的天体,它离太阳足够近,那么它的大气层将被剥夺,露出一个比今天太阳系任何行星都密度更高的核心。 最密集,最重的元素总是在行星形成过程中沉入核心,而引力会使核心密度比其它部分更致密。但是我们的后院没有任何这样的天体。
相反,地球只有一个相对较重的岩石陆地行星,没有巨大的气体包裹层。由于自身引力的作用,地球被压缩了百分之几,比没有这么多质量的密度还要大。这一差别足以足以克服一个事实,即它由比水星更轻的元素组成(在2-5%之间)使其比水星总密度高2% 左右。
- 图注:据我们所知,并利用最好的测量方法,我们已经确定地球是太阳系中所有行星中最致密的行星:比水星高约2%,比金星高约5%。
如果构成天体的元素是唯一对密度有意义的度量,那么毫无疑问,水星将是太阳系中密度最大的行星。如果没有低密度的海洋或大气,没有周期表上较重的元素(平均而言)组成的,水星会名列第一。然而,地球距离太阳近三倍,由较轻的材料制成,并有一个坚实的大气层,以比水星密度高2%遥遥领先。
地球具有足够的质量,以至于由于引力引起的自压缩非常重要,它相对致密的成分和巨大的自身重力,加上我们的质量是水星的18倍,使我们成为太阳系中密度最大的天体。
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