Geekly articles weekly

اسأل إيثان رقم 71: الكواكب الثقيلة ، ضوء الشمس؟

تتكون الشمس بالكامل تقريبًا من الهيدروجين والهليوم ، وهناك القليل جدًا من هذه العناصر على الأرض. كيف حدث هذا؟


أكبر ميزة للشباب هي عدم القدرة على معرفة المستحيل.
- آدم براون


كل أسبوع ترسل لي أسئلتك ، التي أختار الأفضل منها. ولكن في بعض الأحيان يكون من الصعب الإجابة على أبسط الأسئلة. على سبيل المثال ، انظر إلى الشمس والنجوم ، ثم إلى الكواكب. يمكن للمرء أن يقرر أنها تختلف فقط في الكتلة - أنه إذا جعلت الكوكب ضخمًا للغاية ، فسوف يصبح نجمًا - ولكن كيف تفسر بعد ذلك الملاحظة البسيطة التي أدلى بها جريج روجرز:
إذا كانت الشمس (وجميع النجوم) تتكون بشكل رئيسي من الهيدروجين والهيليوم ، فلماذا يختلف توزيع المادة بين الكواكب؟


إن توزيع المادة الكوكبية لا يختلف فقط عن النجوم - إنه مختلف تمامًا.



إذا نظرنا إلى سطح كوكبنا ، فسوف نجد مجموعة من جميع أنواع العناصر: حوالي 90 عنصرًا موجودًا في الرواسب الطبيعية. لدينا ما يكفي من الهيدروجين ، لكنه لا يهيمن ، خاصة عندما يحسب بالكتلة. يتكون الهواء بشكل رئيسي من النيتروجين والأكسجين. المحيط الذي يغطي الكوكب هو 11 ٪ من الهيدروجين بالكتلة (بعد كل شيء ، كل ذرة أكسجين أثقل 16 مرة من الهيدروجين) ؛ تحتوي المادة الصلبة للكائنات الحية والأشياء الجامدة ، من الأحجار إلى الأوساخ ، من النباتات إلى الحيوانات ، على الكثير من الهيدروجين ، ولكن الكثير من الصوديوم والأكسجين والسيليكون والألمنيوم والعديد من العناصر الأخرى.



بعد أن سقطنا في أعماق الكوكب ، سنجد وضعًا أكثر صعوبة. بالطبع ، يتم تخزين الهيليوم في مكان ما في الفراغات تحت الأرض ، ولكن تم الحصول عليه نتيجة التحلل الإشعاعي للعناصر الفائقة الثقل على مدى مليارات السنين. هناك أيضًا كمية صغيرة من الهيدروجين ، ولكن سيكون هناك المزيد من العناصر الثقيلة: المعادن مثل الحديد والنيكل والكوبالت ، بالإضافة إلى العناصر التي تتجاوز حدود الاستقرار في الجدول الدوري.



نحن نعلم ذلك ، لأن طبقات الأرض تصبح أكثر كثافة عندما تغرق في الكوكب. وهذا ليس بسبب ضغط الجاذبية فقط ؛ أثقل العناصر تسقط للتو. هذا مهم جدًا ، لذلك أكرر: في الشباب كان هناك مجموعة متنوعة من العناصر على الأرض ، ولكن العناصر الأثقل سقطت ، وظلت العناصر الخفيفة "عائمة" أعلاه - تمامًا مثلما تطفو السوائل الأقل كثافة على العناصر الأكثر كثافة.


السوائل والأشياء لزيادة الكثافة: كرة كرة الطاولة. زيت الأنبوب الكحول الطبي غطاء زجاجة بلاستيكية زيت نباتي حبات. الماء طماطم كرزية سائل غسيل الصحون حليب زهر شراب القيقب نواة الذرة شراب الذرة عسل الترباس المعدني.

لذا ، عند دراسة سطح الأرض ، نرى العناصر الأخف التي يتكون منها. معظم العناصر الأخرى في تكوينها أثقل وأكثر كثافة. لذلك ، لدينا القليل جدًا من الهيدروجين والهليوم.



ننتقل الآن إلى الشمس والنجوم. دعونا نلقي نظرة على الطيف الشمسي: هناك خطوط امتصاص مختلفة عليه ، تمثل سلسلة كاملة من العناصر المتاحة على الأرض ، بالإضافة إلى العديد من العناصر التي لا توجد في الطبيعة.

ما هو واضح على الفور هو مجموعتان من خطوط الامتصاص للهيدروجين والهيليوم ، وهي قوية جدًا. عندما بدأنا نفهم كيف تعمل النجوم ، وكيف ترتبط درجة الحرارة ، والتأين ، ووفرة العناصر ، اكتشفنا أن الشمس هي 70٪ هيدروجين ، 28٪ هيليوم ، و 1-2٪ عناصر أخرى .



والأرض 99٪ مكونة من "عناصر أخرى"! لماذا؟ لفهم هذا ، دعونا نعود إلى مكان ولادتهم: إلى السديم الذي تتشكل منه النجوم. هذه سحابة جزيئية ، تتكون بشكل رئيسي من الهيدروجين ، وتحتوي على الكثير من الهليوم وعدد قليل من المواد الأخرى - والتي تبدأ في الانهيار تحت جاذبيتها.



الجاذبية في المراحل الأولى من تكوين النجوم هي الأهم. تظهر الكتل في سحابة الغاز ، وتزداد كثافتها ، وتجذب المناطق ذات الكثافة العالية المزيد والمزيد من المادة. بما أن انهيار الجاذبية يحدث بسرعة إلى حد ما ، ولا توجد طريقة فعالة لإشعاع الطاقة من السحب الغازية ، فإن الانهيار يؤدي إلى تسخين الطبقات الداخلية لهذه الكتل. بعد قليل ، يصل الهيدروجين في النواة إلى درجة الحرارة والكثافة المطلوبة لبدء الاندماج النووي.



تختلف النجوم حديثي الولادة: ألوان مختلفة بدرجات حرارة وكتل مختلفة. لكن معظمها له سمة مشتركة - فهي لا تتشكل بمعزل عن غيرها ، ولكنها تظهر في صحبة كتل أخرى من المادة. أكبرها ، بعد أن حصل على أكبر نقطة انطلاق ، سوف ينمو إلى كواكب صخرية ، عمالقة غازية ، أو ، في الحالات القصوى ، إلى نجوم أخرى.



في الوقت نفسه ، تتناثر الطاقة التي يشعها النجم الأصلي في النظام إلى الخارج ويتفاعل مع ما يتم مواجهته في مساره. هذه هي الرياح الشمسية والأيونات والإلكترونات ، وبالطبع الفوتونات. ولكن ما الذي تواجهه جسيمات الطاقة هذه؟



في حالة كل كوكب أو كوكب ، يجتمعون مع أكثر العناصر الخارجية ، مع العناصر الأخف ، حيث أنهم هم الذين "يطفو" على السطح فوق الأثقل ، ويغرقون بالقرب من المركز. تخيل أنك تقوم بركل كرة قدم بكل قوتك ، ثم فكر في الفرق بين ركل كرة البولينج. لا تفكر بالساق - تخيل كرة. ستكتسب كرة القدم المزيد من السرعة وتطير بعيدًا ، ولا تكاد كرة البولينج تتزحزح.

لماذا؟ لأن نفس دافع الطاقة ، الذي تعطيه الأجسام ذات الكتل المختلفة ، يجعلها أخف تتحرك بسرعة أكبر.


رسم تخطيطي للغازات الهاربة من سطح الكواكب. خط الغاز المرسوم على الكوكب يعني أنه سيكون قادرًا على الهروب من جاذبيته. هذا هو السبب في أن الكواكب الصخرية ليس لديها جو من الهيدروجين والهيليوم ، وعمالقة الغاز - هناك

مثل هذه الركلة على جميع العوالم تقريبًا بما يكفي لضرب كل الهيدروجين تقريبًا وجميع الهليوم في الفضاء بين النجوم. الطاقة التي يشعها النجم كافية لإعطاء هذه الذرات السرعة اللازمة للتغلب على الجاذبية ، وتصبح غير متصلة بالجاذبية مع هذا العالم.



فقط في عمالقة الغاز ، عوالم لا تقل عن ضعف كتلة الأرض ، الجاذبية قوية بما يكفي لاحتواء الهيليوم والهيدروجين. وكلما كان العالم أكبر ، كلما كانت قشرته أكثر سمكًا. يعتقد أن عمالقة الغازات لها قلب صلب كثيف يتكون من عناصر ثقيلة ، ولكن لا يمكن تحقيقه إلا من خلال العديد من الطبقات حيث يسود الهيدروجين.



لذا ، جوابًا على سؤالك ، جريج ، يتم إنشاء جميع الكواكب من نفس المواد ، وإذا لم يكن للإشعاع المنبعث من النجوم ، فإن الهيدروجين والهيليوم سيسودان على كل كوكب ، كما هو الحال في الشمس والنجوم الأخرى. ولكن نظرًا لقربها من مصدر الطاقة ، تحصل جميع عناصر الكوكب على ركلة طاقة ، وفي حالة الكواكب الصخرية المعروفة لنا ، يكفي تخليص العالم من كل الهيدروجين والهليوم الحر. فقط من خلال اكتساب كتلة كبيرة جدًا ، وبُعدًا بعيدًا عن النجم الأم ، من الممكن الحفاظ على أخف العناصر ضد كل هذا الإشعاع. وكلما ازداد حجمك ، كان بإمكانك الاحتفاظ به. ويمكنك زيادة الكتلة إلى حوالي 8 ٪ من كتلة الشمس ، وبعد ذلك ستبدأ في تحويل الهيدروجين إلى هليوم في قلبك ، وستصبح نجمًا بنفسك!

هذا هو السبب في أن العناصر موجودة في مكانها. شكرا على هذا السؤال الرائع وآمل أن يكون الشرح قد تم توضيحه لك وللباقي. أرسل لي أسئلتك واقتراحاتك للمقالات التالية.

Source: https://habr.com/ru/post/ar395969/

More articles:


All Articles