🚉 👝 🛀🏽 Demandez à Ethan n ° 71: Planètes lourdes, soleil léger? 🤺 🖖🏻 💃🏾

Le soleil est presque entièrement composé d'hydrogène et d'hélium, et il y a très peu de ces éléments sur Terre. Comment est-ce arrivé?

Le plus grand avantage des jeunes est leur incapacité à savoir ce qui est impossible.
- Adam Brown

Chaque semaine, vous m'envoyez vos questions, parmi lesquelles je choisis le meilleur. Mais parfois, il est le plus difficile de répondre aux questions les plus simples. Par exemple, regardez le soleil et les étoiles, puis les planètes. On pourrait décider qu'ils ne diffèrent qu'en masse - que si vous rendez la planète très massive, elle deviendra une étoile - mais comment expliquez-vous alors la simple observation faite par Greg Rogers:

Si le Soleil (et toutes les étoiles) sont principalement composés d'hydrogène et d'hélium, pourquoi la distribution de matière entre les planètes est-elle différente d'eux?

La distribution de la matière planétaire n'est pas seulement différente des étoiles - elle est complètement différente.

Si nous regardons la surface de notre planète, nous trouverons un tas de toutes sortes d'éléments: environ 90 éléments trouvés dans les dépôts naturels. Nous avons suffisamment d'hydrogène, mais il ne domine pas, surtout lorsqu'il est compté en masse. L'air se compose principalement d'azote et d'oxygène; l'océan couvrant la planète est composé à 11% d'hydrogène en masse (après tout, chaque atome d'oxygène est 16 fois plus lourd que l'hydrogène); la substance solide des êtres vivants et des choses inanimées, des pierres à la saleté, des plantes aux animaux, contient beaucoup d'hydrogène, mais beaucoup plus de sodium, d'oxygène, de silicium, d'aluminium et de nombreux autres éléments.

Après avoir plongé dans les profondeurs de la planète, nous trouverons une situation encore plus difficile. Bien sûr, l'hélium est stocké quelque part dans les vides souterrains, mais il a été obtenu à la suite de la désintégration radioactive d'éléments superlourds sur des milliards d'années. Une petite quantité d'hydrogène est également présente, mais des éléments beaucoup plus lourds seront présents: des métaux tels que le fer, le nickel, le cobalt, ainsi que des éléments qui dépassent les limites de stabilité du tableau périodique.

Nous le savons, car les couches de la Terre se densifient à mesure qu'elles plongent dans la planète. Et cela n'est pas uniquement dû à la compression gravitationnelle; les éléments les plus lourds tombent. C'est très important, donc je le répète: chez les jeunes, il y avait une grande variété d'éléments sur Terre, mais des éléments plus lourds sont tombés, et des éléments légers sont restés "flottants" au-dessus - tout comme des liquides moins denses flottent sur des éléments plus denses.

Liquides et objets pour augmenter la densité: balle de ping-pong; huile de tube; alcool médical; bouchon de bouteille en plastique; huile végétale; perles; de l'eau tomate cerise; liquide vaisselle; lait dés; sirop d'érable; grain de maïs; sirop de maïs; le miel; boulon en métal.

Ainsi, en étudiant la surface de la Terre, nous voyons les éléments les plus légers dont elle est faite. La plupart des autres éléments de sa composition sont plus lourds et plus denses. Par conséquent, nous avons vraiment très peu d'hydrogène et d'hélium.

Nous nous tournons maintenant vers le soleil et les étoiles. Regardons le spectre solaire: il y a différentes raies d'absorption, représentant toute la gamme des éléments disponibles sur Terre, ainsi que plusieurs qui ne se trouvent pas dans la nature.

Ce qui est immédiatement apparent, ce sont deux ensembles de lignes d'absorption, pour l'hydrogène et l'hélium, qui sont très forts. Lorsque nous avons commencé à comprendre le fonctionnement des étoiles et la relation entre la température, l'ionisation et l'abondance des éléments, nous avons découvert que le Soleil était composé à 70% d'hydrogène, 28% d'hélium et 1-2% d'autres éléments. .

Et la Terre est composée à 99% d '«autres éléments»! Pourquoi? Pour comprendre cela, revenons à leur lieu de naissance: à la nébuleuse à partir de laquelle se forment les étoiles. Il s'agit d'un nuage moléculaire, principalement composé d'hydrogène, et contenant beaucoup d'hélium et quelques autres substances - qui commence à s'effondrer sous sa propre gravité.

Aux premiers stades de la formation des étoiles, la gravité est la plus importante. Des grumeaux apparaissent dans le nuage de gaz, leur densité augmente et les zones à haute densité attirent de plus en plus de matière. Étant donné que l'effondrement gravitationnel se produit assez rapidement et qu'il n'y a pas de méthode efficace pour rayonner l'énergie des nuages de gaz, l'effondrement conduit au chauffage des couches internes de ces grumeaux. Après un peu de temps, l'hydrogène dans le noyau atteint la température et la densité souhaitées pour démarrer la fusion nucléaire.

Les étoiles du nouveau-né sont différentes: différentes couleurs, avec différentes températures et masses. Mais la plupart d'entre eux ont une caractéristique commune - ils ne se forment pas isolément, mais apparaissent en compagnie d'autres morceaux de matière. Le plus grand d'entre eux, ayant reçu la plus grande avance, deviendra des planètes rocheuses, des géantes gazeuses ou, dans des cas extrêmes, d'autres étoiles.

Dans le même temps, l'énergie rayonnée par l'étoile parente dans le système est dispersée vers l'extérieur et interagit avec ce qui est rencontré sur son chemin. Il s'agit du vent solaire, des ions, des électrons et, bien sûr, des photons. Mais avec quoi ces particules d'énergie se rencontrent-elles?

Dans le cas de chaque planète ou planétoïde, ils rencontrent les éléments les plus externes, les plus légers, car ce sont eux qui "flottent" en surface au-dessus des plus lourds, s'enfonçant plus près du centre. Imaginez que vous frappiez un ballon de football de toutes vos forces, puis réfléchissez à la différence entre le moment où vous frappez une boule de bowling. Ne pensez pas à la jambe - imaginez une balle. Un ballon de football gagnera plus de vitesse et s'envolera, et un ballon de bowling ne bougera guère.

Pourquoi? Parce que la même impulsion d'énergie, donnée par des objets de masses différentes, rend les plus légers plus rapides.

Diagramme des gaz fugitifs des planètes. La ligne de gaz tracée sur la planète signifie qu'il pourra s'échapper de sa gravité. C'est pourquoi les planètes rocheuses n'ont pas d'atmosphère d'hydrogène et d'hélium, et de géantes gazeuses - il y a

un tel coup de pied dans presque tous les mondes suffit pour projeter presque tout l'hydrogène et tout l'hélium dans l'espace interstellaire. L'énergie rayonnée par l'étoile est suffisante pour donner à ces atomes la vitesse nécessaire pour surmonter l'attraction, et ils se déconnectent par gravité de ce monde.

Ce n'est que dans les géantes gazeuses, des mondes ayant au moins deux fois la masse de la terre, que la gravité est suffisamment forte pour contenir l'hélium et l'hydrogène. Et plus le monde est massif, plus sa coquille peut être épaisse. On pense que les géantes gazeuses ont un noyau solide dense composé d'éléments lourds, mais cela ne peut être réalisé qu'en traversant de nombreuses couches où l'hydrogène prédomine.

Donc, répondant à votre question, Greg, toutes les planètes sont créées à partir des mêmes matériaux, et sans le rayonnement émis par les étoiles, l'hydrogène et l'hélium prévaudraient sur chaque planète, comme sur le Soleil et les autres étoiles. Mais en raison de la proximité de la source d'énergie, tous les éléments de la planète reçoivent un coup de pouce énergétique, et dans le cas des planètes rocheuses que nous connaissons, il suffit de débarrasser le monde de l'hydrogène et de l'hélium libres. Ce n'est qu'en acquérant une très grande masse, et en étant suffisamment éloigné de l'étoile mère, qu'il est possible de maintenir les éléments les plus légers contre tout ce rayonnement. Et plus vous êtes massif, plus vous pouvez tenir. Et vous pouvez augmenter la masse à environ 8% de la masse du Soleil, après quoi vous commencerez à transformer l'hydrogène en hélium dans votre cœur, et vous deviendrez vous-même une étoile!

C'est pourquoi les éléments sont situés là où ils se trouvent. Merci pour la merveilleuse question, et j'espère que l'explication a été claire pour vous et les autres. Envoyez-moi vos questions et suggestions pour les articles suivants.

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Le soleil est presque entièrement composé d'hydrogène et d'hélium, et il y a très peu de ces éléments sur Terre. Comment est-ce arrivé?

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