Planetos branduolys: apibrėžimas, sudėtis, struktūra ir pavyzdžiai

Sužinokite viską apie planetos branduolį: apibrėžimas, cheminė sudėtis, struktūra ir pavyzdžiai (Žemė, Merkurijus, Mėnulis, Jupiteris) bei magnetinio lauko reikšmė.

Planetos branduolys yra vidinis planetos sluoksnis ar sluoksniai, susidarę per diferenciaciją, kai sunkesnės medžiagos nugrimzta į centrą. Tipiškai sausrumos planetų (planetų su uolėtu paviršiumi) branduolys daugiausia susideda iš geležies ir geležies bei nikelių lydinių, tačiau jame taip pat būna lengvesnių elementų (pvz., sieros, deguonies). Branduolys gali būti kietas, skystas arba sudarytas iš kelių sluoksnių (pvz., kietas vidinis ir skystas išorinis branduolys).

Sudėtis ir fizinės sąlygos

• Pagrindiniai elementai: geležis ir nikelis; mažesniais kiekiais — siera, silicis, deguonis ir kt.
• Temperatūra: branduolio centre temperatūra gali siekti kelių tūkstančių kelvinų (Žemės centre ~5000–6000 K).
• Slėgis: labai didelis — Žemės centro slėgis yra šimtai gigapaskalių (apie 330–360 GPa).
• Fizinės būsenos: esant aukštam slėgiui ir temperatūrai, metalai gali būti skysti (išorinis sluoksnis) arba kieti (vidinis sluoksnis), priklausomai nuo temperatūros santykio su lydimosi tašku prie tų slėgių.

Struktūra ir sluoksniai

Daugelio planetų branduoliai turi sluoksninę struktūrą:

• Vidinis branduolys: kietas, esantis centre (pvz., Žemės vidinis branduolys).
• Išorinis branduolys: skystas sluoksnis, supantis vidinį (Žemėje būtent išorinis skystas branduolys sukelia konvekciją ir magnetinio lauko susidarymą).
• Branduolio ir mantijos riba (CMB): tai svarbi geofizinė riba, kur keičiasi medžiagos fizinės savybės ir sklinda seisminės bangos.

Formavimas ir šilumos šaltiniai

• Diferenciacija: planetos formavimosi metu sunkesnės medžiagos (geležis) nugrimzdo į centrą, susidarant branduoliui.
• Šilumos šaltiniai: planetos viduje išlaiko karštį akrecija (susiliejimų metu), įkaitinimas ir suspaudimas, radiogeninis skilimas radioaktyvių elementų bei išlydimas (latentinė šiluma) ir tikėtinas gravitacinis persiskirstymas.
• Ilgainiui branduolys vėsta; vėlesnės stadijos priklauso nuo planetos dydžio ir šilumos nuostolių į kosmosą.

Magnetinis laukas

Magnetinio lauko susidarymas dažnai susijęs su skysto metalinio branduolio konvekcija ir planetos sukimosi sukeliama dinamika (geodinamo procesas). Pavyzdžiai:

• Žemės branduolys: turi skystą išorinį ir kietą vidinį branduolį; išorinės dalies konvekcija sukelia Žemės magnetinį lauką.
• Marso ir Veneros atvejai: abi planetos šiuo metu neturi stipraus globalinio magnetinio lauko. Tai nereiškia automatiškai, kad jų branduoliai visiškai kieti: Marso branduolys greičiausiai buvo aktyvus ankstyvojoje planetos istorijoje ir galėtų būti iš dalies skystas, bet dynamas nustojo veikti; Veneros branduolys greičiausiai taip pat nėra visiškai kietas, tačiau lėtas planetos sukimasis ir silpna konvekcija užkerta kelią aktyviam dynamui, todėl globalaus magnetinio lauko beveik nėra.
• Dujinių milžinių: Jupiteris ir Saturnas turi stiprius magnetinius laukus, susijusius tiek su branduolio, tiek ir su vidiniais sluoksniais (pvz., metaliniu vandeniliu), o Uranas ir Neptūnas turi netipinius, asimetriškus laukus, susidarančius galbūt dėl konvekcijos neįprastoje sluoksnių struktūroje.

Pavyzdžiai ir dydžiai

Kiekvienos planetos ar kito dangaus kūno branduolys gali būti labai skirtingo dydžio ir sudėties:

• Mėnulio branduolys: sudaro apie 20 % jo spindulio; branduolio masė ir būsena yra mažesnės, todėl Mėnulis turi tik silpną magnetinį lauko palikimą.
• Merkurijaus branduolys: užima apie 75–85 % jo spindulio (dėl to Merkurijus turi santykinai didelį geležies branduolį), ir, nors planeta maža, jos branduolis gali būti iš dalies skystas, generuojantis silpną magnetinį lauką.
• Žemė: branduolio spindulys ~3480 km, vidinis branduolys ~1220 km; branduolys sudaro apie 32 % planetos masės. Jo skystas išorinis sluoksnis palaiko aktyvų geodinaminį procesą.
• Marso: branduolio spindulys vertinamas apie 1 700–1 850 km; yra įrodymai, kad senojoje Marsą veikė magnetinis dinamizmas, tačiau dabar jis silpnas arba nutrūkęs.
• Dujiniai milžinai: jų branduoliai paprastai sudaryti iš geležies, uolienų ir ledo komponentų; branduoliai yra proporcingai mažesni nei visa planeta, tačiau dėl didelio bendro dydžio jie gali būti labai masyvūs. Apskaičiuota, kad Jupiterio branduolio masė gali būti maždaug 10–20 Žemės masių (kai kurie skaičiavimai nurodo ~12 Žemės masių), nors tikslus dydis ir net branduolio „tankis“ (ar jis sutirštintas ar išplautas) tebėra diskutuotinas.

Kitos pastabos

• Smulkesni dangaus kūnai (pvz., nykštukinės planetos, didesni asteroidai) taip pat gali turėti branduolius, jeigu jų vidinė temperatūra ir diferenciacija tai leido.
• Branduolio būsena ir dinamika turi įtakos planetos geologinei veiklai, magnetiniam laukui, atmosferos apsaugai nuo kosminių dalelių ir ilgaamžiškumui kaip geoterminės energijos šaltiniui.

Apibendrinant, planetos branduolys yra pagrindinė vidinė dalis, kuri skiriasi pagal sudėtį, fizinę būseną ir dydį priklausomai nuo planetos masės, istorijos ir termodinamikos. Tyrimai (seizmologija, magnetometrija, gravitaciniai ir kosminiai misionų duomenys) padeda suprasti kiekvienos planetos branduolio savybes ir jų poveikį planetos evoliucijai.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra planetos branduolys?

K: Kokios yra sausumos planetos?

K: Iš ko daugiausia sudaryti sausumos planetų branduoliai?

K: Ar manoma, kad Marso ir Veneros branduoliai yra visiškai kieti ar iš dalies skysti?

K: Kas yra dujinės milžinės?

K: Ar dujinės milžinės turi geležinį branduolį?

K: Kaip planetų branduolio dydis skiriasi tarp planetų?

Paieška pagal raidę