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太陽系




木星

木星の内部構造は、中心に様々な元素が混合した高密度の中心核があり、そのまわりを液状の金属水素と若干のヘリウム混合体が覆い、その外部を分子状の水素を中心とした層が取り囲んでいるものと考えられる[29]。ただしこの構造ははっきりとわかっていない。




土星

巨大ガス惑星とは言うが、土星はすべてガスで構成されている訳ではない。惑星成分のほとんどを占める水素は、密度0.01g/cm3を超えると非理想溶液となる。土星半径の99.9%部分においてこの密度に達する。惑星内部の温度・圧力・密度はいずれも中心に向かうに連れて高まり、内部に行くと水素は相を変えて金属様になる[18]。




天王星

天王星は主にガスと多様な氷から成っている。大気には水素が約83%、ヘリウムが15%、メタンが2%含まれている。内部は重い元素に富み、岩石と氷からなる核のほか、水やメタン、アンモニアが含まれる氷からなるマントルで構成されていると推測されている。酸素、炭素、窒素が多く含まれ、ほとんどが水素とヘリウムでできている木星や土星とは対照的である。




海王星

海王星の内部構造は、天王星のそれと似ている(→天王星型惑星)。海王星の大気は質量ベースで星の 5-10% を占め、大気圏の厚さは星の半径のおそらく 10-20%、大気圧は 10GPa。大気圏の下層に近づくに従い、メタン・アンモニア・水の濃度が上昇する。






なぜ地球型惑星と木星型惑星に違いができたのか?

簡単にいうと太陽からの距離による違いです。
水星、金星、地球、火星は太陽からの距離が近く、従って温度が相対的に高くなります。温度が高くなると気体の運動量も大きくなり、惑星の重力では水素、ヘリウムなどの軽い気体をつなぎ止めておけず、これらの惑星にはほとんど残らない状態となり、結果として比較的重い原子で構成される事になります。こうして地球型惑星が形成されます。
一方、木星、土星、天王星、海王星は太陽からの距離が遠く、温度も当然低くなります。従って気体の運動量も小さく、惑星の重力で軽い元素を充分に引き止めておけるようになります。そして引き止めておくだけでなく、その重力によって周りの空間にある物質も引きつけ、取り込んでいくことにより大きく成長していくことになります。ということで比較的軽い物質からなる巨大な惑星ができあがることになります。これが木星型惑星です。






太陽はヘリウムと水素出できているとの事ですが、何故多量の水素とヘリウムだけあの場所に集まったのでしょうか。

地球は核となる部分が木星や土星と比べると低質量であるのと同時に太陽の重力束縛が強いので大量の水素を取り込むことができず、岩石や金属の欠片が衝突・合体を繰り返し僅かな大気を得ただけでした。

逆に天王星や海王星は太陽から遠方にあるため、散らばっている水素の密度が少なくなっている上に一周して水素をかき集めるのに時間がかかりすぎその間に水素がどんどん四散してしまい、メタンやアンモニアが主成分となってしまったと考えられています。




何故 太陽に水素が集まるのか。

超新星爆発によって重い元素が撒き散らされるのは確かですが、それらの重元素は恒星の中心部で作られるにすぎません。たとえば太陽は水素が核融合によってヘリウムに変わっている段階の星ですが、この核融合反応が起こっているのは高温高圧の中心部で、私たちが見ている太陽は、核融合反応で熱せられた水素からなる大気層です。超新星爆発においても、吹き飛ばされる物質の大半は、最後まで核融合反応を起こさなかった水素なのです。



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