Erstens die Planeten. Wir haben Merkur, der felsig ist, keine Atmosphäre. Aber dann haben wir die Venus, die ganz anders ist: dichte Atmosphäre, sehr heiß, geologisch aktiv. Dann erdblau, voller Wasser. Mars, das Gegenteil: Rot wie nichts anderes. Jupiter und Saturn sind ziemlich ähnlich. Dann sind sich Uranus und Neptun ziemlich ähnlich, unterscheiden sich jedoch in der Farbe voneinander und auch in der Farbe völlig von den beiden Gasriesen.
Auf der anderen Seite: Satelliten. Analysieren wir die Satelliten von Jupiter und Saturn.
Ganymede und Callisto sind sich ziemlich ähnlich, aber dann ist Europa genau das Gegenteil: völlig vereist. Und dann Io, wieder etwas ganz anderes: auffallend gelb.
Saturnmonde: Meist felsig, aber etwas ganz anderes: Titan mit einer dichten Atmosphäre wie kein anderer Satellit und Ozeanen mit flüssigem Methan.
Wenn es während der Entstehung des Sonnensystems eine protoplanetare Materiescheibe gäbe, wäre sie dann nicht ziemlich homogen und würde daher zu ähnlich aussehenden Planeten führen? Ich verstehe, dass Gasriesen nicht wie felsige Planeten aussehen können, aber warum gibt es auch Unterschiede zwischen ähnlich großen felsigen Planeten? Zugegeben, es gibt im gesamten Sonnensystem sehr unterschiedliche Temperaturen, abhängig von der Entfernung zur Sonne, was wahrscheinlich einige der Unterschiede erklärt.
Aber was ich besonders nicht verstehe, sind die Unterschiede zwischen den Satelliten. Wenn man sagt, Jupiter hätte eine Materiescheibe, die sie umkreist und sich schließlich zu Satelliten formiert, wäre diese "lokale" Scheibe um einen Planeten dann nicht ziemlich homogen? Trotzdem entwickelte es sich zu ganz anderen Satelliten. Wie zum Beispiel wurde das "gelbe" Ding auf Io konzentriert und nicht gleichmäßig auf alle Monde des Jupiters verteilt?
Antworten:
Diese Fragen können in zwei Teile geteilt werden; für Planeten und Satelliten.
Die Verschiedenartigkeit der Planeten spiegelt zum Teil die Verschiedenartigkeit der chemischen Zusammensetzung der protoplanetaren Scheibe wider. Wir wissen, dass UV-Strahlung von der Sonne komplexe oder sogar sehr einfache Moleküle dissoziieren kann. Wenn UV-Strahlen beispielsweise Wassermoleküle spalten, entstehen freie Wasserstoff- und Sauerstoffatome. Da Wasserstoff ein extrem geringes Gewicht hat, können sie leicht im Fluss von Sternwinden transportiert werden. So könnte Wasser, um bei diesem Beispiel zu bleiben, in der Nähe der Sonne aus dem Bereich der Scheibe herausgelöst und abgereichert werden, jedoch oberhalb der sogenannten "Schneegrenze".Die UV-Strahlung der Sonne war so schwach, dass dies nicht so oft vorkommen konnte und daher Wassermoleküle (die im Vergleich zu einzelnen Wasserstoffatomen sehr schwer sind) dort blieben. Das erklärt nur die Dichotomie zwischen inneren und äußeren Planeten in Bezug auf den Wassergehalt, und selbst dann könnten einige Prozesse (wie das späte schwere Bombardement ) dem Inneren etwas Wasser hinzufügen (wie es auf der Erde passiert ist). Diese Überlegung gilt jedoch nicht nur für Wasser, Kohlendioxid, Ammoniak, Methan und Hunderte verschiedener Moleküle, die ihre eigenen "Frostlinien" haben. Näher an der Sonne kann der Kohlenstoff nicht Methan sein, ein flüchtiges Gas, das schnell nach außen gedrückt wird. Bei einigen Zehnteln AE kann Methan jedoch unter stabilen Bedingungen verbleiben und sogar zu Flüssigkeitströpfchen kondensieren.
Dies alles um nur zu sagen, dass die protoplanetare Scheibe hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung NICHT homogen und hinsichtlich der Dichte oder des Drucks nicht homogen war. Der terminale und chemische Gradient über den Nebel stellt eine gewisse Vielfalt und Komplexität für das gesamte Planetensystem sicher.
Hier sehen Sie ein Diagramm, das zeigt, wie verschiedene chemische Verbindungen bei verschiedenen Temperaturen und Drücken auf der Protoplanetenscheibe kondensieren können.
Außerdem ist die Ausdehnung von Planetesimalen näher an der Sonne energetischer (was bedeutet, dass Aufbrüche häufiger auftreten können und es für einen Planeten schwierig ist, groß zu werden), während die Planeten in den äußeren Regionen regelmäßig an Masse zunehmen können, da Kollisionen mit anderen Planetesimalen bei durchgeführt werden Geringere Relativgeschwindigkeiten (aufgrund der Tatsache, dass zwei ähnliche Umlaufbahnen einen Zeitunterschied aufweisen, der größer wird, wenn Sie sich der Sonne nähern, und damit höhere Relativgeschwindigkeiten). Dies passte zu den gravitativen Wechselwirkungen der Protoplaneten und der frühen Scheibe (siehe Planetenwanderung und schönes Modell)etc ...) ermöglichen unterschiedliche Akkretionsraten und die Akkretion von Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung dessen, was am ursprünglichen Entstehungsort eines bestimmten Planetesimal gefunden wurde. Dies trägt auch dazu bei, die Vielfalt der Planetenmassen zu erhalten.
Eine große Vielfalt an Planetenmassen ist der Ausgangspunkt für eine größere Variation, wenn sich die Planeten im Laufe der Zeit entwickeln und von ihren Anfangsbedingungen abweichen. Auf einem kleinen felsigen Planeten (Merkur) ist möglicherweise weniger Wärme als auf einem größeren Planeten (Erde) gespeichert, da bei geringeren Akkretionsraten weniger Energie freigesetzt wird. Dadurch kann es schnell kalt werden und eine Magnetosphäre aufgrund eines geschmolzenen Innenraums kann nicht entstehen. Durch das Fehlen einer Magnetosphäre können durch Sonnenwind geladene Partikel Ihre Atmosphäre durch Sputtern erodieren. Stattdessen hat die größere Masse auf einem Planeten wie der Erde zu einem geschmolzenen Inneren geführt, das wiederum eine Magnetosphäre erzeugt hat, die Milliarden von Jahren anhielt. Auf dem Mars hat sie einige Zeit gedauert, aber jetzt ist sie fast verschwunden, sodass auch die Atmosphäre fast zerstört wurde. Auf der Erde führt der Druck einer Atmosphäre zu allen möglichen chemischen Erosionen und Phänomenen. Das geschmolzene Innere ermöglicht zusammen mit den Besonderheiten seiner chemischen Zusammensetzung und der Dicke der Kruste einen Mechanismus, der Plattentektonik genannt wird. Tektonik kann auf der Venus nicht vorkommen, weil die Kruste nicht so dick ist (aufgrund unterschiedlicher Zusammensetzung) und daher nicht in Platten zerbricht, sondern sich nur verformt und faltet in einem komplexen Verhalten, das einzigartig für die Venus ist.
Auch Kollisionen mit Planetessimalen können die zukünftige Entwicklung ähnlicher Planeten verändern. Die Venus war wahrscheinlich der Erde sehr ähnlich (ähnliche Masse, sehr ähnliche Zusammensetzung und nicht so unterschiedliche Temperaturen, wie man meinen könnte), aber ihre Wege gingen völlig auseinander, als die Tektonik auf der Erde die Lithosphäre recycelte und auf der Venus das Kohlendioxid stärker in einem Treibhauseffekt gefangen wurde. und weil die Erde eine Kollision mit einem anderen Planeten hatte, auf dem wir unseren Mond haben, ist dies ein mechanischer Stabilisator, während eine zufällige Kollision mit der Venus (mit verschiedenen Aufprallparametern) zu einer extrem langsamen Rotation und langen Tagen (aber keinen Monden) führte. Längere Tage bedeuten unterschiedliche Isolierung, und das verändert das Klima eines Planeten drastisch. Auf dem Mars sind die Tage ähnlich wie auf der Erde, aber da es kleiner ist und die Atmosphäre verschwunden ist, sind viele Dinge sehr verschieden von der Erde. Ebenfalls,
Um zu sehen, wie unterschiedlich die Entwicklung zweier Planetenobjekte sein kann, werfen Sie einen Blick auf unseren Mond. Es hat die gleiche chemische Zusammensetzung (es ist in der Tat ein Stück von der Erde entfernt), es befindet sich im Grunde in der gleichen Entfernung zur Sonne wie die Erde, es lebt in der gleichen interplanetaren Umgebung (gleiche Sonnenstrahlung, Sonnenwind, Aufprallraten usw.). .) und trotzdem ist es ganz anders. Das liegt alles an der Masse! Der Mond kann keine große Atmosphäre als Erde behalten, weil er weniger Anziehungskraft hat. Die gleiche Temperatur für unsere Atmosphäre bedeutet, dass die Partikel leicht die Fluchtgeschwindigkeit erreichen und beginnen, aus der Schwerkraft zu entweichen. Ohne Atmosphäre und ohne innere Hitze fehlt dem Mond in Milliarden von Jahren der Evolution nahezu jede Art von Erosion. Durch Erosionsprozesse auf der Erde ist die Vielfalt der geologischen Formationen im Vergleich zu denen auf dem Mond explodiert. Selbst dann hat der Mond seine eigenen Besonderheiten und dynamischen Merkmale, die für ihn einzigartig sind.
Jetzt kommen wir der Satellitenfrage näher. Sie sollten eigentlich fast gleich aussehen, da sie aus sehr sehr ähnlichem Material unter sehr ähnlichen Bedingungen hergestellt werden. Und in der Tat glauben wir, dass Monde ursprünglich sehr ähnlich waren (zum Beispiel die 4 galileischen Monde). Aber Io ist zu nah an Jupiter und die anderen Monde interagieren so damit, dass die geologischen Prozesse völlig unterschiedlich sind. Wasser und flüchtige Stoffe verdampften schnell, als es sich durch die Gezeitenkräfte von Jupiter erhitzte. Diese Gezeitenkräfte waren in Europa nicht so stark, da es weiter entfernt ist. Daher schmolz es nur einen Teil der Eiskruste, die in einem Eisanalog der Plattentektonik entstand und eine Vielzahl verschiedener Formationen erzeugte. Satelliten entwickeln sich. Enceladus schießt Jets aufgrund von Gezeitenwechselwirkungen und Orbitalresonanzen mit anderen Monden. Einige Monde wie Japeto haben eine zweifarbige Oberfläche, weil das Material von Enceladus gesprüht wird, der auf einer seiner Seiten landet. Einige Monde wie Triton haben nichts mit dem anderen zu tun, weil sie sich in einer anderen Region des Sonnensystems gebildet haben und später durch die Schwerkraft eines Planeten (in diesem Fall Neptun) gefangen wurden.
Wie ich bereits erwähnte. Atmosphären (Dichte, Zusammensetzung und Druck) sind stark von der Masse des Planeten oder Mondes abhängig. Schauen Sie sich diese Grafik an:
Es zeigt die Geschwindigkeit von Gasmolekülen in Bezug auf die Temperatur des Gases. Bei höheren Temperaturen bewegen sich Gasmoleküle schneller. Bei einem Planeten mit geringer Masse ist die Fluchtgeschwindigkeit geringer als bei einem Planeten mit größerer Masse. Ein Planet näher an der Sonne (bei höherer Temperatur) muss also größer sein, wenn er die gleichen Gasmoleküle in seiner Atmosphäre wie ein weiter entfernter (kälterer) Planet erhalten soll. Sie können sehen, warum die Erdatmosphäre Wasser, Sauerstoff, Kohlendioxid, Ammoniak, Methanstickstoff und andere Gase einfangen und zurückhalten kann, während sie nicht in der Lage ist, Wasserstoff und Helium einzufangen (weil sie leichter sind und sich bei derselben Temperatur so schnell wie möglich bewegen können) benötigt, um der Erde zu entkommen). Währenddessen kann der Mond, der die gleiche Wärme wie die Erde von der Sonne bezieht, kaum Gase speichern (vielleicht ein bisschen Xenon), da er weniger massiv ist. Titan ist ein riesiger Mond und kann daher viele Gasmoleküle wie Stickstoff und Sauerstoff zurückhalten (diese wiederum machen den Druck hoch genug, um auch flüchtige Stoffe wie Methan in flüssiger Form an der Oberfläche zurückzuhalten). Aber warum hat Ganymed nicht die gleiche Atmosphäre wie Titan, wenn sie im Grunde die gleiche Größe haben? Da sich Ganymed näher an der Sonne befindet, bedeutet eine höhere Temperatur, dass sich die Moleküle schneller bewegen und daher leicht ihrer Anziehungskraft entgehen.
Wie Sie sehen können, verändern die komplexen Prozesse der Atmosphären eines Mondes oder eines Planeten alles (Erosion, Recyclingprozesse, chemische Korrosion usw.), und diese Verschiedenartigkeit der Atmosphären resultiert wiederum aus einer Verschiedenartigkeit der Massen und Entfernungen zur Sonne.
Ich denke, das Sonnensystem ist ein chaotisches System, dybnamisch, geologisch, chemisch usw. Chaos bedeutet, dass sich das System für einen kleinen Unterschied in den Anfangsbedingungen in exponentiell divergierenden verschiedenen Zuständen entwickeln wird. Planeten und Monde mögen als ähnliche Objekte begonnen haben, aber die Geschichte und die chaotische Dynamik des Systems haben sich zu völlig unterschiedlichen Umgebungen entwickelt. Nicht nur das, sondern die Wahrheit ist, dass Planeten nicht als gleichwertig begannen, sondern von Anfang an sehr verschieden waren. Stellen Sie sich vor, wie weit die Venus entfernt ist, um ein Titan oder ein Io zu werden, um eine Erde zu werden.
Auch gibt es Prozesse und Bedingungen, die sich besonders gut zur Divergenz eignen. Zum Beispiel: Die Erde ist sehr dynamisch, Mars, Venus, Merkur, der Mond und andere dagegen nicht. Warum? denn auf der Erde kann Wasser in 3 verschiedenen Materiezuständen existieren. Wir können flüssiges Wasser, Wasserdampf und Eis in verschiedenen Regionen und Jahreszeiten finden. Und das liegt daran, dass die Erde eine durchschnittliche Temperatur hat und die Atmosphäre genau den richtigen Druck hat, um dies zu ermöglichen. Die Bedingungen auf der Erde liegen sehr nahe am Tripelpunkt des Wassers (wo alle drei Materiezustände zusammenkommen). Deshalb gibt es auf der Erde einen Wasserkreislauf, in dem Flüsse und Gletscher die Landschaft erodieren und Wolken das Klima regulieren.
Mars, Venus, Merkur haben alle Temperaturen und Drücke, bei denen dies nicht möglich ist, nicht nur auf Wasser, sondern auch auf vielen dort vorhandenen Verbindungen. Wissen Sie, wo das passieren kann? Auf Pluto! Dies war sehr überraschend, Pluto zeigt eine Vielzahl von Geländen und geologischen Merkmalen, die alle Erwartungen übertrifft. Jetzt wissen wir, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass Pluto extrem dynamisch ist (wie die Erde) und viele Erosions- und geochemische Prozesse auftreten können. Dies ist jedoch nicht auf Wasser zurückzuführen (da Pluto einen niedrigen Druck und niedrige Temperaturen aufweist), sondern auf Stickstoff und Stickstoff Neon! Beide Elemente haben ihren Tripelpunkt in Plutos Zustandsbereich und daher werden auf diesem Zwergplaneten Neonflüsse, Stickstoffgletscher und Trübungen erwartet.
Das ist in der Tat eine interessante Frage. Wie unglaublich sind die Naturgesetze, die auch unter Brüdern extreme Vielfalt zulassen. Ich frage mich, wie ein Planet um irgendeinen anderen Stern sein könnte, unsere simplen Kategorien von heißen Jupitern, Mini-Neptunen, Super-Terras usw. sind einfach so primitiv und restriktiv. Was uns in diesem komplexen und vielfältigen Kosmos wundert, liegt außerhalb unseres Verständnisses.
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