Relación entre la densidad media de los planetas y su distancia al sol

¡Tu experimento con datos reales es fantástico! Aplaudo tu curiosidad e investigación sobre los planetas. Desafortunadamente, no creo que haya nada en tus resultados (¡lo siento!).

Astrofísica
La sabiduría convencional solía ser que la densidad planetaria disminuiría al aumentar la distancia lejos de una estrella madre, porque así es como se ven los discos alrededor de las estrellas jóvenes [1] antes de que formen planetas. Esta idea falla por completo a la luz de los datos exoplanetarios que ahora incluyen miles de planetas en muchos cientos de sistemas estelares. El resultado final es que la formación de planetas es extremadamente complicada, y diferentes tipos de planetas tienden a formarse en diferentes lugares. Además de eso, existen numerosas razones para creer que los planetas se mueven bastante después de haberse formado. Entonces, observacionalmente, no existe una relación consistente entre la densidad y la distancia.

Estadísticas
Si intenta trazar suficientes relaciones, las cosas encajarán (por ejemplo, las formas de Kepler y la ley de Titus-Bode ). La solidez de las tendencias y las correlaciones cae rápidamente cuando 1) los datos se excluyen arbitrariamente (p. ej., Mercurio y Venus), 2) se dividen arbitrariamente los datos y 3) se utilizan medidas arbitrarias de bondad de ajuste (p. ej., qué tan cerca se ven los puntos de una línea ) . en una determinada parcela). De hecho, para obtener mediciones estadísticas sólidas, es necesario considerar cuántos modelos se intentaron ajustar antes de considerar qué tan sólidos parecen los resultados.

[1] Incluso esto es solo aproximadamente cierto... hubo algunas razones más complicadas basadas en la vida útil de diferentes sustancias en los discos, pero eso no es demasiado importante aquí.

Teniendo en cuenta que la energía solar recibida en el planeta disminuye a medida que$1/r^2$, ahí tienes una relación directa. Los planetas lejanos son mucho más fríos y capaces de condensar gases que de otro modo se perderían, los más cercanos son rocas con muy poca atmósfera. Pero yendo más lejos de Júpiter (que es casi hidrógeno) esto ya no importa y tendrán una composición más o menos constante.

Pero se deben tener en cuenta muchos otros factores (estructura original de la nube en la que se formaron los planetas, atmósfera, presión solar, etc.), por lo que creo que las estadísticas sobre esto no son concluyentes con tan pocos datos para considerar.

Primero, me gustaría aplaudir tu curiosidad en el asunto. En segundo lugar, cuando se trata de cualquier tipo de discusión científica, no hay absolutamente nada que realmente pueda considerarse aleatorio (y, por extensión, coincidente).

Considere este gráfico de velocidad planetaria provisto por: http://www.bbc.co.uk/education/guides/zk8hvcw/revision/4

¿Observa alguna similitud entre esto y su línea de mejor ajuste para la densidad promedio en función de la distancia?

La primera parte de mi respuesta se refiere a la formación de nuestro propio pedacito de universo; cuando se formó nuestro sistema solar, se teoriza que prácticamente toda la materia terminó tomando la forma de un disco giratorio masivo. La distribución de la materia, así como las fuerzas gravitatorias dentro del sistema de formación y el resto del universo, habrían contribuido a cómo se formaron estos cuerpos estelares.

¿Por qué la atmósfera terrestre, compuesta de nitrógeno gaseoso, oxígeno, dióxido de carbono y otros gases, simplemente no se disipa en la inmensidad del espacio? Sí, en parte esto se debe al campo electromagnético que impide que la radiación del sol incendie nuestro pequeño paraíso azul, pero olvídalo por un momento. es la gravedad no? Al mismo tiempo, la atmósfera no está siendo presionada contra la superficie de la tierra en una capa increíblemente delgada (en términos relativos, es bastante delgada). Esto se debe a la presión; los gases se repelen y buscan disiparse. Sin embargo, cuanto más se alejan esos gases, más débil se vuelve la fuerza gravitatoria.

A apenas 14.000 km del centro de la tierra, la aceleración de la gravedad es de apenas 2 metros por segundo al cuadrado. Poco más de una quinta parte de lo que es en la superficie. Sin embargo, incluso desde esta distancia de nuestra estrella (casi 150 000 000 km), la atracción gravitacional del sol solo se reduce al 0,06 % de la fuerza de la gravedad terrestre. En pocas palabras, para que la materia permanezca confinada a la tierra, la aceleración debida a la atracción gravitacional de la tierra debe exceder la aceleración de la materia debida a cualquier otra fuerza, como la presión que empuja al gas hacia afuera.

¿Cómo se efectuaría esto si la tierra estuviera más cerca del sol? Bueno, no solo aumentarían las temperaturas de la superficie, sino que también aumentaría la fuerza relativa de la atracción gravitacional del sol. Las temperaturas más altas significan una mayor presión, y una mayor presión dentro de una atmósfera obligaría al gas a alejarse de la superficie, donde la gravedad planetaria continúa disminuyendo; en un punto, la propia gravedad del sol sería suficiente para desviar el gas del planeta. Al alejarse más del sol, la energía térmica disminuye y la atracción gravitacional del sol también disminuye.

Para que la materia exista en las proximidades del sol sin simplemente ser atraída hacia él, se debe combinar una combinación de factores que incluyen el impulso, la fuerza del campo gravitatorio relativo (en comparación con el sol), el punto de ebullición y la propensión a absorber o reflejar la radiación solar. estar. Para resumir, ¿qué tan densa es la materia, cómo reacciona la materia a la energía aplicada, cómo se altera la densidad por esta reacción y cuáles son las fuerzas gravitatorias relativas del cuerpo de materia (es decir, el planeta) y la estrella? Un gigante gaseoso con una composición como la de Júpiter, en la órbita de Mercurio, por ejemplo, no debería ser capaz de mantener su atmósfera gaseosa en presencia de la gravedad y la energía térmica del Sol.

Ahora bien, la atracción gravitatoria del sol sobre las atmósferas tiene un efecto menor en el momento actual, pero cuando el sistema solar estaba en su infancia, la materia que carecía de la densidad adecuada para ser atrapada dentro de la atracción gravitacional de un cuerpo estelar (o la ausencia de un cuerpo masivo para proporcionar tal fuerza gravitacional) habría sido atraído hacia la futura estrella.

Hay una miríada de otros factores, aunque espero que esto ayude a explicar parte de su confusión con respecto a la correlación entre la distancia orbital y la densidad promedio. La forma más sencilla de tratar de entender estos conceptos es considerar todas las relaciones posibles. Si tiene distancia en el acceso independiente, ¿qué pasaría si intentara trazar algo como la atracción gravitacional o la intensidad de la radiación solar por metro cuadrado en el dependiente? Tal vez incluso podrías crear tramas para la composición atmosférica y planetaria.