Bien, entonces Júpiter, Saturno, et. todos son gigantes gaseosos. Entiendo que tienen grandes atmósferas gaseosas que, debido a la presión, eventualmente se volverían más y más densas a medida que uno se acerca al centro del planeta. Al caer en Saturno o Júpiter, ¿lo atravesaríamos hasta llegar al núcleo? golpea mi modelo sobre la derecha: el gas eventualmente comprimido por la gravedad formaría, supongo, un núcleo líquido, seguido de una superficie sólida.
Suponiendo que Júpiter y Saturno estuvieran hechos de hidrógeno puro (en realidad es alrededor del 90%, pero lo simplificaré un poco, ¿cómo se haría para calcular la distancia a la que hay una "superficie"? Dicho de otra manera, a cierta distancia , la gravedad debería comprimir el gas en un líquido, y en un punto aún más bajo, asumiría que el líquido se comprimiría en un gas.
¿Hay alguna ecuación que me diga cuáles son esos puntos?
Y, para puntos de bonificación, suponiendo que Saturno tiene un diámetro de 72 367 millas / 116 464 km , ¿a qué distancias estarían los puntos de transición de sólido a líquido y de líquido a gas?
Divulgación completa: me doy cuenta de que las mismas presiones superficiales en realidad harían implosionar a un ser humano que intentara pisar dicha superficie. A pesar de los deseos de intentar esto en la realidad, en realidad no voy a "intentar esto en casa". Este es un experimento mental más sobre cómo calculo dónde la gravedad fuerza a un compuesto a un estado diferente de la materia. Tengo más curiosidad acerca de cómo se modela el efecto de la masa en gravedad y compresión. Como experimento mental, supongo que técnicamente este no es un 'problema al que me enfrento', pero tengo curiosidad. Gracias de antemano :)
Es posible que esto no responda completamente a su pregunta, pero tal vez sea un buen comienzo.
Cosas para considerar
Para los primeros 2 elementos a considerar, en realidad no tenemos mucho problema. Podríamos averiguar el poder de radiación del sol (bueno... en wiki dice si está interesado), calcule la energía recibida por Júpiter haciendo un argumento de área de superficie y luego calculando el poder de radiación de Júpiter. Desde este sitio http://www.tritonfun.com/custom.em?pid=594668 , en realidad dice que Júpiter está irradiando 1,9 veces la cantidad de calor que recibe del sol. Pero esto se debe a que también está creando su propia energía a partir de una variedad de métodos (incluidos los radionúclidos). Sin embargo, podemos ignorar todo eso porque apuesto a que Júpiter está cerca del equilibrio térmico en el corto plazo (es decir, no está cambiando constantemente la temperatura en su conjunto de manera extremadamente drástica). Si no te dieron la información de qué tan caliente estaba un planeta,. Afortunadamente, podemos usar datos de otras fuentes para la temperatura de Júpiter.
Eso aborda los puntos 1 y 2. De una serie de recursos en línea, Júpiter tiene múltiples capas, a saber, la atmósfera gaseosa exterior, un área de transición entre el gas y el líquido, una sección líquida/metálica y un núcleo mayormente de hidrógeno.. Desafortunadamente, no puedo encontrar las distancias exactas de todos estos... lo que facilitaría mucho la respuesta. Pero, lo que necesitamos saber es que las capas difieren drásticamente en términos de presión y temperatura. De hecho, muchas capas que están más alejadas del centro de Júpiter son en realidad más calientes, pero con menos presión. Entonces, la presión y la temperatura combinadas afectarán la fase en la que se encuentra el hidrógeno. Es extremadamente complicado y probablemente más allá del alcance de la mayoría de los físicos entender por qué algunas capas tienen más presión que otras, pero podríamos hacer una gran simplificación y decir la presión y el aumento/disminución de la temperatura como una simple función de la distancia desde el centro de Júpiter.
La temperatura y la presión de Júpiter aumentan constantemente a medida que nos acercamos más y más al centro solo en el núcleo.. Cerca de la región de transición de fase entre gas y líquido, la temperatura es de aproximadamente 10 000 K y la presión es de 200 Gpa. La temperatura en el borde del núcleo es de alrededor de 36.000 K y 3000-4500 Gpa. Entonces parece que tanto la temperatura como la presión aumentan en toda la capa líquida/capa de transición también. No estoy necesariamente seguro de cómo calcular esto desde cero, dados los elementos, la masa del planeta, su radio y densidad. Por supuesto, implicará equilibrar las fuerzas de la gravedad con las fuerzas electrostáticas (acabo de intentar un cálculo rápido usando solo esas 2 fuerzas, pero estaba MUY mal). El hecho de que mi cálculo estuviera bastante lejos me dice que hay muchas más cosas que debes considerar que son extremadamente importantes para la precisión. Por ejemplo, a medida que las moléculas de hidrógeno se calientan, rebotan cada vez más rápido. provocando una mayor repulsión. Detalles como este hacen que el cálculo sea muy difícil.
Sé que esto no te ayuda mucho, pero espero haber ilustrado algunos puntos importantes. En primer lugar, este tipo de cálculo (si desea que sea preciso) es algo que calculan las personas con doctorados que se especializan en este tipo de cosas. Puede hacer grandes simplificaciones y tal vez obtener una respuesta correcta. Pero siento que es un esfuerzo inútil realizar los cálculos si no te dan una respuesta muy precisa. Pero como dije, si quieres obtener una respuesta aproximada, piensa en todas las fuerzas que están en marcha. Gravedad, repulsión electrostática, energía térmica promedio y luego hacer que la fuerza neta = 0. La repulsión electrostática del hidrógeno se puede encontrar en la página wiki y, con suerte, sabrá cómo tener en cuenta la gravedad en función de la distancia desde el centro = p.
Para los gigantes gaseosos, la "superficie" se puede calcular donde la presión de los gases es igual a 1 atmósfera terrestre (1 atm), esto se usa para determinar el diámetro del planeta. En cuanto a dónde está el núcleo semilla real de los planetas que los formó originalmente, no estoy seguro de dónde estaría.
Siempre que use la palabra "superficie" con respecto a un gigante gaseoso, debe tener cuidado. Mike tiene razón en que el nivel de 1 atm se usa como nivel de referencia para cosas como el radio del planeta, pero eso no es realmente una superficie, solo un nivel arbitrario en la atmósfera.
Y se podría pensar que hay una superficie que forma el límite entre el océano de hidrógeno líquido y la atmósfera de hidrógeno gaseoso, pero no funciona de esa manera. El hidrógeno a esas presiones no es realmente un gas o un líquido, sino un fluido supercrítico, y no hay una transición brusca.
Más hacia el centro, se cree que hay una capa de hidrógeno metálico líquido. En realidad, podría haber una transición brusca allí, pero las condiciones a esas temperaturas no se conocen bien.
Finalmente, se cree que el mismo centro es un núcleo rocoso, lo que básicamente significa una mayor concentración de silicio, hierro y otros elementos. Pero no estoy seguro de si se sabe que es cristalino o fluido a esas temperaturas y presiones.
Alan Romero
antonio x
N. Virgo