🚁 👨🏿 👩🏿‍🌾 Pergunte a Ethan No. 71: Planetas Pesados, Sol Claro? 📍 🎫 👨🏾‍✈️

O sol é quase inteiramente composto de hidrogênio e hélio, e existem muito poucos desses elementos na Terra. Como isso aconteceu?

A maior vantagem da juventude é a incapacidade de saber o que é impossível.
- Adam Brown

Toda semana você me envia suas perguntas, das quais eu escolho a melhor. Mas às vezes é mais difícil responder às perguntas mais simples. Por exemplo, observe o Sol e as estrelas e depois os planetas. Seria possível decidir que eles diferem apenas em massa - que se você tornar o planeta muito maciço, ele se tornará uma estrela - mas como você explica a simples observação feita por Greg Rogers:

Se o Sol (e todas as estrelas) é composto principalmente de hidrogênio e hélio, por que a distribuição da matéria entre os planetas é diferente deles?

A distribuição da matéria planetária não é apenas diferente das estrelas - é completamente diferente.

Se olharmos para a superfície do nosso planeta, encontraremos um monte de todos os tipos de elementos: cerca de 90 elementos encontrados em depósitos naturais. Temos hidrogênio suficiente, mas não domina, especialmente quando contados em massa. O ar consiste principalmente de nitrogênio e oxigênio; o oceano que cobre o planeta é 11% de hidrogênio em massa (afinal, todo átomo de oxigênio é 16 vezes mais pesado que o hidrogênio); A matéria sólida das coisas vivas e inanimadas, das pedras à sujeira, das plantas aos animais, contém bastante hidrogênio, mas muito mais sódio, oxigênio, silício, alumínio e muitos outros elementos.

Tendo mergulhado nas profundezas do planeta, encontraremos uma situação ainda mais difícil. Obviamente, o hélio é armazenado em algum lugar nos vazios subterrâneos, mas foi obtido como resultado do decaimento radioativo de elementos superpesados por bilhões de anos. Também existe uma pequena quantidade de hidrogênio, mas haverá muito mais elementos pesados: metais como ferro, níquel, cobalto, bem como elementos que excedem os limites de estabilidade na tabela periódica.

Sabemos disso, porque as camadas da Terra se tornam mais densas à medida que mergulham no planeta. E isso não se deve apenas à compressão gravitacional; os elementos mais pesados simplesmente caem. Isso é muito importante, por isso repito: na juventude, havia uma grande variedade de elementos na Terra, mas os elementos mais pesados caíram e os leves permaneceram "flutuando" acima - assim como líquidos menos densos flutuam sobre outros mais densos.

Líquidos e objetos para aumentar a densidade: bola de pingue-pongue; óleo de tubo; álcool medicinal; tampa de garrafa de plástico; óleo vegetal; contas; agua tomate cereja; detergente líquido; leite dados; xarope de bordo; grão de milho; xarope de milho; mel; parafuso de metal.

Assim, estudando a superfície da Terra, vemos os elementos mais leves dos quais é feita. A maioria dos outros elementos em sua composição é mais pesada e mais densa. Portanto, temos realmente muito pouco hidrogênio e hélio.

Agora nos voltamos para o Sol e as estrelas. Vejamos o espectro solar: existem diferentes linhas de absorção, representando toda a gama de elementos disponíveis na Terra, bem como vários que não são encontrados na natureza.

O que é imediatamente aparente são dois conjuntos de linhas de absorção, para hidrogênio e hélio, que são muito fortes. Quando começamos a entender como as estrelas funcionam, e como a temperatura, a ionização e a abundância de elementos estão relacionados, descobrimos que o Sol é 70% de hidrogênio, 28% de hélio e 1-2% de outros elementos. .

E a Terra é 99% composta por "outros elementos"! Porque Para entender isso, voltemos ao local de nascimento: à nebulosa da qual as estrelas são formadas. Trata-se de uma nuvem molecular, composta principalmente de hidrogênio, e contém muito hélio e algumas outras substâncias - que começam a colapsar sob sua própria gravidade.

Nos estágios iniciais da formação estelar, a gravidade é mais importante. Nódulos aparecem na nuvem de gás, sua densidade aumenta e áreas com alta densidade atraem cada vez mais matéria. Como o colapso gravitacional ocorre rapidamente, e não existe um método eficaz para irradiar energia das nuvens de gás, o colapso leva ao aquecimento das camadas internas desses nódulos. Depois de um tempo, o hidrogênio no núcleo atinge a temperatura e a densidade desejadas para iniciar a fusão nuclear.

Estrelas recém-nascidas são diferentes: cores diferentes, com diferentes temperaturas e massas. Mas a maioria deles tem uma característica comum - eles não se formam isoladamente, mas aparecem na companhia de outros pedaços de matéria. Os maiores, tendo recebido o maior avanço, crescerão em planetas rochosos, gigantes gasosos ou, em casos extremos, em outras estrelas.

Ao mesmo tempo, a energia irradiada pela estrela-mãe no sistema é espalhada para fora e interage com o que é encontrado em seu caminho. Este é o vento solar, íons, elétrons e, é claro, fótons. Mas com o que essas partículas de energia são encontradas?

No caso de cada planeta ou planetoide, eles se encontram com os elementos mais externos, com os mais leves, pois são eles que "flutuam" na superfície acima dos mais pesados, afundando mais perto do centro. Imagine que você está chutando uma bola de futebol com todas as suas forças e pense na diferença entre chutar uma bola de boliche. Não pense na perna - imagine uma bola. Uma bola de futebol ganha mais velocidade e voa para longe, e uma bola de boliche dificilmente cede.

Porque Porque o mesmo impulso energético, dado por objetos de diferentes massas, faz com que os mais leves se movam mais rapidamente.

Diagrama de gases fugitivos da superfície dos planetas. A linha de gás traçada sobre o planeta significa que ele será capaz de escapar de sua gravidade. É por isso que os planetas rochosos não têm uma atmosfera de hidrogênio e hélio e gigantes gasosos - existe

um chute em quase todos os mundos é suficiente para lançar quase todo o hidrogênio e todo o hélio no espaço interestelar. A energia irradiada pela estrela é suficiente para dar a esses átomos a velocidade necessária para superar a atração e eles se tornam desconectados pela gravidade com este mundo.

Somente em gigantes gasosos, mundos com pelo menos o dobro da massa da Terra, a gravidade é forte o suficiente para reter hélio e hidrogênio. E quanto mais maciço o mundo, mais espessa pode ser sua concha. Acredita-se que os gigantes gasosos tenham um núcleo sólido denso constituído por elementos pesados, mas isso só pode ser alcançado através de muitas camadas nas quais o hidrogênio predomina.

Então, respondendo à sua pergunta, Greg, todos os planetas são criados a partir dos mesmos materiais, e se não fosse a radiação emitida pelas estrelas, o hidrogênio e o hélio prevaleceriam em cada planeta, como no Sol e outras estrelas. Mas, devido à proximidade com a fonte de energia, todos os elementos do planeta recebem um chute de energia e, no caso de planetas rochosos conhecidos por nós, é suficiente para livrar o mundo de todo hidrogênio e hélio livre. Somente adquirindo uma massa muito grande e estando longe o suficiente da estrela-mãe, é possível manter os elementos mais leves contra toda essa radiação. E quanto mais massivo você for, mais poderá aguentar. E você pode aumentar a massa para cerca de 8% da massa do Sol, após o que começará a transformar hidrogênio em hélio em seu núcleo, e você se tornará uma estrela!

É por isso que os elementos estão localizados onde estão. Obrigado pela maravilhosa pergunta e espero que a explicação tenha sido esclarecida para você e para o resto. Envie-me suas perguntas e sugestões para os seguintes artigos.

Pergunte a Ethan No. 71: Planetas Pesados, Sol Claro?

O sol é quase inteiramente composto de hidrogênio e hélio, e existem muito poucos desses elementos na Terra. Como isso aconteceu?

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