Baru-baru ini, saya menemukan konsep planet karbon - planet, yang akan, tidak seperti Bumi, sebagian besar dibentuk oleh karbon, bukan oksigen, silikon dan magnesium. (Saya tidak menghitung besi, yang sebagian besar terkunci di inti). Sekarang, saya tertarik pada komposisi kimia planet secara umum. Saya menemukan artikel-artikel menarik yang sedang menyelidiki topik ragam komposisi kimia planet (misalnya di sini atau di sini ), tetapi cukup sulit bagi saya untuk membuat gambaran menyeluruh tentang keadaan di lapangan.
Saya ingin bertanya tentang hal-hal ini:
1. Komposisi khas apa dari planet terestrial yang diharapkan terjadi? (Saya kira akan ada banyak korelasi, beberapa kelompok elemen terjadi bersamaan ketika mereka terikat, misalnya ke siklus CNO atau siklus nuklir lainnya.)
2. Seberapa jauh sebenarnya komposisi kimia planet terestrial? (Yaitu apakah semua planet terestrial sebagian besar mirip satu sama lain, atau haruskah orang lebih berharap bahwa setiap sistem planet memiliki rasio unsur yang unik?)
Jawaban:
Penentuan observasional dari kelimpahan kimia dalam planet ekstrasurya masih dalam masa pertumbuhan. Dalam hal planet-planet tipe terestrial , yaitu planet-planet dengan ukuran kurang dari beberapa jari-jari Bumi, kendala dibatasi untuk membandingkan kepadatan terukur (yang diperoleh dari massa dan jari-jari planet-planet transit yang ditemukan oleh Kepler dan CoRoT) dengan model planet-planet dengan planet apa asumsi komposisi akan terlihat seperti. Contoh terbaru yang sangat baik dari ini dapat ditemukan di Dressing et al. (2015) . Dalam makalah ini mereka membuat klaim bahwa semua planet bermassa rendah konsisten dengan model 2 komponen tunggal yang sederhana (campuran 83% MgSiO3 dan 17% besi, tetapi ini berubah pada massa yang lebih tinggi, di mana lebih banyak unsur yang mudah menguap atau air yang signifikan diperlukan untuk menjelaskan kerapatan yang lebih rendah. Plot di bawah ini, diambil dari makalah itu, menggambarkan data yang tersedia dan harus cukup mutakhir. Perhatikan bagaimana semua planet bermassa rendah (dan Bumi dan Venus) dapat terletak pada keluarga model yang sama.
Saya tidak berpikir bahwa para penulis mengklaim bahwa inilah yang sebenarnya terbuat dari semua planet, tetapi hanya menggambarkan bahwa saat ini tampaknya tidak ada penyimpangan besar dari komposisi seperti itu (misalnya, planet-planet yang dibuat semata-mata dari besi).
Ada relatif sedikit planet pada diagram ini, karena sulit untuk mendapatkan massa planet transit kecil (memerlukan deteksi pergeseran doppler yang disebabkan oleh tarikan planet pada bintang inangnya).
Tentu saja model yang berbeda menghasilkan hasil yang agak berbeda. Misalnya, Wagner et al. (2012) menggunakan data yang sama untuk Kepler-10b dan CoRoT-7b dan model terperinci mereka sendiri untuk menyatakan bahwa planet-planet ini memiliki inti besi yang membentuk sekitar 60% dari planet ini - yaitu lebih dari sekadar membentuk Bumi.
Saat ini data untuk planet massa terendah saat ini menunjukkan bahwa ada bisa hanya menjadi jumlah terbatas keanekaragaman. Tetapi informasi yang kami kerjakan, ukuran sampel, dan fakta bahwa hanya massa dan jari-jari yang ditentukan, terlalu jarang untuk dipastikan.
Dari sudut pandang teoretis ada banyak ide. Konsep dasar tentang pembentukan planet tipe terestrial adalah bahwa mereka terbentuk (relatif) dekat dengan bintang induk dan memiliki komposisi yang mencerminkan unsur dan mineral apa yang dapat terkondensasi keluar dari cakram protoplanet pada suhu tinggi. Hal ini pada gilirannya tergantung pada keseimbangan unsur-unsur yang ada dalam cakram protoplanet, di mana dalam cakram planet ini terbentuk, struktur terperinci dari cakram protoplanet, bagaimana mendingin dan bagaimana planet bermigrasi dalam cakram. Tidak mengherankan, dengan memvariasikan beberapa kondisi ini adalah mungkin untuk membuat planet dengan berbagai komposisi, yang seperti yang saya katakan di atas, tampaknya agak kontradiktif dengan bukti yang tersedia.
Contoh pendekatan teoretis ini dapat ditemukan di Moriarty et al. (2014) (yang Anda kenal), tetapi juga lihat Carter-Bond et al. (2012)untuk contoh bagaimana keragaman kimia mungkin muncul. Tampaknya rasio Mg / Si dan C / O memiliki pengaruh terbesar pada komposisi akhir planet yang terbentuk. Rasio C / O yang rendah mendukung pembentukan silikat dan lebih sedikit senyawa pembawa karbon; tetapi jika ada lebih banyak karbon daripada oksigen maka akan lebih menguntungkan untuk membentuk karbon dan silikon-karbida (saya kira inilah yang Anda maksud dengan "planet karbon"), tetapi ini juga tergantung pada suhu di wilayah tempat planet ini terbentuk. Untuk referensi, rasio C / O surya adalah 0,54 dan kelimpahan relatif karbon di Bumi jauh lebih rendah (daripada di Matahari) tetapi rasio C / O yang diukur pada bintang lain bisa lebih tinggi.
sumber
Anda mungkin kesulitan menemukan jawaban pasti untuk pertanyaan-pertanyaan ini. Saya mencari jawaban yang sama dan berharap ini akan berkontribusi sebagai titik awal untuk sesuatu yang lebih spesifik dan komprehensif.
Secara umum, kelimpahan unsur tampaknya terkait erat dengan massanya. Efeknya, semakin berat elemen semakin langka. Ini disebabkan oleh peningkatan jumlah energi yang dibutuhkan untuk proses fusi saat Anda maju menuju unsur-unsur yang lebih berat dalam tabel periodik.
Unsur yang lebih berat dari Fe (Besi) dikatakan membutuhkan peristiwa seperti ledakan supernova untuk membentuk (atau lingkungan dengan suhu yang sama), yang akan terjadi setelah bintang membakar bahan bakar silikon dan runtuh menghasilkan energi yang cukup untuk reaksi fusi selanjutnya. .
Video ini menjelaskan prosesnya
Tanpa masuk ke komposisi elemen Anda mungkin bisa mulai dengan kelimpahan relatif elemen individu untuk menentukan kemungkinan mereka ada di planet tertentu dan dari sana masuk ke dalam bentuk / komposisi kimia yang akan mereka bentuk di kerak dan atmosfer planet.
Ini adalah grafik dari wikipedia yang menunjukkan kelimpahan relatif unsur berdasarkan spektroskopi (berdasarkan emisi dan serapan spektrum unsur) pengukuran.
sumber