행성핵

Planetary core
지구의 중심은 지구의 구조 core 중심부를 참조한다.
행성 형성의 핵심 물체는 강착(천체 물리학)을 참조하십시오.
내부 행성들의 내부 구조입니다.
외부 행성의 내부 구조입니다.

행성핵은 행성의 [1]가장 안쪽 층으로 이루어져 있다.코어는 완전히 고체이거나 완전히 액체이거나 지구의 [2]경우와 같이 고체층과 액체층의 혼합체일 수 있습니다.태양계의 중심 크기는 행성 반지름의 약 20%(달)에서 85%(수성)까지 다양합니다.

가스 거대 기업들도 코어를 가지고 있지만, 코어의 구성은 여전히 논쟁의 대상이며 전통적인 돌/철, 얼음 또는 유동성 금속 [3][4][5]수소에 이르기까지 가능한 구성 범위입니다.가스 거대 중심핵은 지구의 중심핵보다 상당히 클 수 있지만, 지구의 중심핵보다 훨씬 작습니다. 목성의 중심핵은 [5]지구보다 10배에서 30배 더 무겁고, 외부 행성 HD149026 b는 [6]지구의 100배 질량의 중심핵을 가지고 있을 수 있습니다.

행성 중심핵은 드릴로 도달하는 것이 불가능하고 중심핵에서 정확히 나온 샘플이 거의 없기 때문에 연구가 어렵습니다.따라서, 그것들은 지진학, 광물 물리학, 그리고 행성 역학 같은 간접적인 기술을 통해 연구된다.

검출

지구의 핵

주요 기사:지구의 핵

1797년, 헨리 캐번디시는 지구의 평균 밀도를 물의 5.48배라고 계산했고, 이것은 지구가 [7]내부가 훨씬 더 밀도가 높다는 통념으로 이어졌다.1898년 철 운석의 발견 이후, 비셰르트는 지구가 철 운석과 비슷한 부피를 가지고 있지만, 철은 지구 내부에 가라앉았고, 나중에 철과 니켈이 빠진 것을 [8]핵으로 하여 지구의 부피 밀도를 통합함으로써 이것을 나타냈다고 가정했다.지구핵은 1906년 리처드 딕슨 올덤이 P파 그림자 영역인 액체 [9]외핵을 발견하면서 처음 발견했어요.1936년까지 지진학자들은 유체 외부 중심부와 고체 내부 [10]중심부 사이의 경계뿐만 아니라 전체적인 중심부의 크기를 알아냈다.

달의 핵

달의 내부 구조는 1974년 아폴로 달 [11]지진 미션에서 수집한 지진 데이터를 사용하여 특징지어졌습니다.달의 중심핵의 [12]반경은 300km이다.달의 철심은 핵 부피의 60%를 차지하는 액체 외층을 가지고 있으며, 단단한 내부 [13]핵을 가지고 있다.

암석 행성의 핵

암석 행성의 핵은 처음에는 수성과 금성을 지나 비행한 나사의 마리너 10호와 같은 우주선의 데이터를 분석하여 표면 [14]특성을 관찰하는 것이 특징이었다.다른 행성의 핵은 표면의 지진계를 사용하여 측정할 수 없기 때문에 대신 이러한 플라이바이 관측으로부터 계산한 결과에 기초하여 추정해야 한다.질량과 크기는 행성체의 내부를 구성하는 구성 요소를 1차적으로 계산할 수 있습니다.암석 행성의 구조는 행성의 평균 밀도와 [15]관성 모멘트에 의해 제약을 받는다.행성의 밀도가 [16]중심에 집중되어 있기 때문에 분화된 행성의 관성 모멘트는 0.4보다 작습니다.수성은 0.346의 관성 모멘트를 가지고 있는데,[17] 이것은 핵의 증거이다.자기장 측정뿐만 아니라 에너지 계산의 보존도 조성을 제한할 수 있으며, 행성의 표면 지질학도 [18]강착 이후 물체의 분화를 특징지을 수 있습니다.수성, 금성, 화성의 중심핵은 [19][20]각각 반지름의 약 75%, 50%, 40%이다.

형성

부가

행성계는 먼지와 가스로 이루어진 평평한 원반에서 형성되는데, 이 원반은 지름 약 10km의 미행성체로 빠르게) 축적됩니다.여기서부터 중력은 달에서 화성 크기의 행성배아(10~10년6)[21]를5 만들어내고 이들은 추가로 1000~1억년에 걸쳐 행성체로 발전한다.

목성과 토성은 이전에 존재했던 암석 및/또는 얼음 물체 주변에서 형성되었을 가능성이 높으며, 이러한 원시 행성들을 가스-거성 [5]중심핵으로 만들었습니다.이것은 행성 형성의 행성핵 부착 모형입니다.

차별화

행성 분화는 한 가지에서 여러 가지, 즉 동질적인 본체에서 여러 가지 [22]이질적인 구성요소로 발전하는 것으로 광범위하게 정의됩니다.하프늄-182/텅스텐-182 동위원소계는 반감기가 900만 년이며, 4500만 년 후에 멸종된 것으로 추정됩니다.하프늄은 친석 원소이고 텅스텐은 친석 원소이다.따라서 (지구 중심부와 맨틀 사이의) 금속 분리가 4천 5백만 년 이내에 발생한다면, 규산염 저장소는 양의 Hf/W 이상을 발생시키고, 금속 저장소는 미분화되지 않은 콘드라이트 [21]물질에 대해 음의 이상을 획득한다.철 운석의 관측된 Hf/W 비율은 금속 분리를 5백만 년 미만으로 제한하며, 지구의 맨틀 Hf/W 비율은 지구의 핵을 2천 5백만 [21]년 이내에 분리를 한 것으로 간주합니다.페로브스카이트의 결정화를 포함한 금속 코어의 분리를 제어하는 몇 가지 요인이 있다.초기 마그마 바다에서 페로브스카이트의 결정화는 산화 과정이며, 원래의 규산염 용융에서 철금속의 생산과 추출을 촉진할 수 있다.

핵심 통합 및 영향

초기 태양계에서 행성 크기의 물체 사이의 충돌은 행성과 행성 중심부의 형성 및 성장에 있어 중요한 측면입니다.

지구-달계

거대한 충돌 가설은 이론적인 화성 크기의 행성인 테아와 초기 지구 사이의 충돌이 현대의 지구와 [23]달을 형성했다고 말한다.이 충돌 동안, 티아와 지구의 철의 대부분은 지구의 [24]핵에 통합되었다.

화성

원시 화성과 다른 분화된 유성체 사이의 중심 결합은 (두 [25]중심핵의 점도에 따라) 1000년 또는 30만 년이나 더 느릴 수 있었다.

화학

프라이머리 구성 결정– 어스

콘드라이트 기준 모델을 사용하여 지각과 맨틀의 알려진 구성을 조합하여 미지의 성분인 내측 및 외측 코어의 구성을 결정할 수 있습니다. 85 % Fe, 5 % Ni, 0.9% Cr, 0.25% Co 및 기타 모든 내화 금속은 매우 낮은 [21]농도로 측정됩니다.따라서 지구의 중심핵은 [26]외부핵의 중량결손률이 5~10%, 내부핵의 [26]중량결손률은 4~5%로 우주적으로 풍부하고 철분 용해성이 높은 가벼운 원소인 H, O, C, S, P 및 [21]Si에 기인합니다.지구핵은 바나듐과 크롬의 절반을 함유하고 있으며 상당한 양의 니오브와 [26]탄탈을 함유하고 있을 수 있습니다.지구의 핵은 게르마늄과 [26]갈륨으로 고갈되었다.

중량 결손 컴포넌트

유황은 강한 사이데로필성이며 규산염 토양에서 적당히 휘발성이 있고 고갈되기 때문에 지구 [21]중심핵의 1.9 %를 차지할 수 있습니다.유사한 주장으로 인은 최대 0.2 중량 %까지 존재할 수 있다.그러나 수소와 탄소는 휘발성이 매우 높기 때문에 초기 부착 과정에서 손실될 수 있으므로 각각 0.[21]1~0.2 중량%만 차지할 수 있다.따라서 실리콘과 산소는 지구 중심핵의 남은 질량 결핍을 구성하고 있다; 비록 각각의 풍부함은 여전히 주로 지구 중심핵이 [21]형성되는 동안 지구 중심핵의 압력과 산화 상태를 중심으로 돌고 있는 논쟁의 대상이다.지구핵에 [26]방사성 원소가 포함되어 있다는 지구화학적 증거는 존재하지 않는다.그럼에도 불구하고, 실험 증거는 중심핵 형성과 관련된 온도에서 칼륨이 강하게 친기적이라는 것을 발견했고, 따라서 행성의 중심핵에 칼륨이 존재할 가능성이 있고, 따라서 [27]칼륨-40도 마찬가지입니다.

동위원소 조성 – 지구

하프늄/텅스텐(Hf/W) 동위원소비는 콘드라이트 기준 프레임과 비교했을 때 규산염 토양이 현저하게 농축되어 있어 지구핵의 고갈을 나타낸다.철운석도 매우 초기 노심분화 과정에서 생긴 것으로 생각되며 [21]고갈된다.니오브/탄탈(Nb/Ta) 동위원소 비율은 콘드라이트 기준 프레임과 비교했을 때 지구와 [28]달의 벌크 규산염에서 경미한 고갈을 보인다.

팔라사이트 운석

팔라사이트는 최근의 가설에 따르면 중심핵과 맨틀 [29]물질이 충돌로 혼합된 것으로 보이지만 초기 미행성에서 중심핵과 맨틀 경계에서 형성되는 것으로 생각됩니다.

다이내믹스

다이너모

다이너모 이론은 지구와 같은 천체가 어떻게 자기장을 발생시키는지를 설명하기 위해 제안된 메커니즘이다.자기장의 유무는 행성핵의 역학을 억제하는 데 도움이 될 수 있습니다.자세한 내용은 접지 자기장을 참조하십시오.발전기는 열 및/또는 구성 부력의 원천을 [28]구동력으로 필요로 합니다.냉각 코어로부터의 열부력만으로는 모델링에 나타난 바와 같이 필요한 대류를 구동할 수 없기 때문에 (상변화에 의한) 구성부력이 필요하다.지구에서 부력은 내부 코어의 결정화에서 파생됩니다(온도의 결과로 발생할 수 있음).구성 부력의 예로는 내부 코어에 대한 철 합금의 침전 및 액체 불용성 모두 포함되며, 이는 호스트-바디와 [28]관련된 주위 온도 및 압력에 따라 대류에 양적 또는 음적으로 영향을 미칠 수 있습니다.자기장을 나타내는 다른 천체로는 수성, 목성, 가니메데, [3]토성이 있다.

노심 열원

행성핵은 행성의 외부 층에 대한 열원으로 작용한다.지구에서는 중심 맨틀 경계를 넘는 열 유속이 12테라와트입니다.[30]이 값은 영속적인 냉각, 광원소의 미분, 코리올리 힘, 방사성 붕괴 및 결정화의 [30]잠열 등 다양한 요인에서 계산됩니다.모든 행성체에는 원시적인 열값, 즉 강착으로 인한 에너지의 양이 있습니다.이 초기 온도에서 냉각하는 것을 영속 냉각이라고 하며, 지구에서는 노심의 영속 냉각이 열을 절연 규산염 [30]맨틀로 전달합니다.내부 코어가 커짐에 따라 결정화의 잠열이 [30]맨틀로 유입되는 열량을 증가시킵니다.

안정성과 불안정성

작은 행성 코어에서는 코어 내의 위상 변화에 따라 치명적인 에너지 방출이 발생할 수 있습니다.램지(1950)는 이러한 상변화에 의해 방출되는 총 에너지가 지질학적 시간에 걸친 지진에 의한 총 에너지 방출과 동일한 10줄이라는 것을29 발견했다.그러한 사건은 소행성대를 설명할 수 있다.이러한 위상변화는 특정 질량 대 체적비에서만 발생하며, 이러한 위상변화의 예로는 고체 코어 [31]구성요소의 빠른 형성 또는 용해 등이 있습니다.

태양계의 동향

내부 암석 행성

달뿐만 아니라 모든 암석 내 행성들은 철 지배적인 핵을 가지고 있다.금성과 화성은 중심핵에 추가적인 주요 원소를 가지고 있다.금성의 핵은 지구와 비슷하게 철-니켈로 여겨진다.반면 화성은 철-황 핵을 가지고 있으며 내부 고체 [20]핵을 중심으로 외부 액체층으로 분리된다.암석 행성의 궤도 반지름이 증가함에 따라 행성의 전체 반지름에 상대적인 중심핵의 크기는 [15]감소합니다.이것은 중심핵의 분화가 물체의 초기 열과 직접적인 관련이 있기 때문에 수성의 중심핵은 상대적으로 크고 [15]활동적이기 때문으로 여겨진다.달뿐만 아니라 금성과 화성에도 자기장이 없다.이것은 금성의 핵이 [19]층을 이루지 못하기 때문에 고체 내부 핵과 상호작용하는 대류 액체층이 부족하기 때문일 수 있습니다.화성은 액체와 고체층을 가지고 있지만,[20] 지구의 액체와 고체 구성 요소들이 발전기를 만들기 위해 상호작용하는 것과 같은 방식으로 상호작용하는 것으로 보이지 않는다.

외부 가스 및 얼음 거대 기업

태양계의 외부 행성인 얼음과 가스 거대 행성들에 대한 현재의 이해는 얼음층으로 둘러싸인 암석의 작은 핵을 이론화하며, 목성과 토성 모형에서는 액체 금속 수소와 [19]헬륨의 넓은 영역을 시사합니다.이러한 금속 수소층의 특성은 실험실 환경에서 필요한 고압 때문에 생산하기 [32]어렵기 때문에 주요 논쟁 영역입니다.목성과 토성은 수소와 헬륨 층에 의해 방출되는 열 때문에 태양에서 방출되는 것보다 훨씬 더 많은 에너지를 방출하는 것으로 보인다.천왕성은 상당한 열원을 가지고 있는 것으로 보이지 않지만, 해왕성은 "뜨거운"[19] 형성에 기인하는 열원을 가지고 있다.

관찰된 유형

다음은 주어진 비성형 물체의 행성 중심핵에 대한 알려진 정보를 요약한 것입니다.

태양계 내부

수성.

수성에는 관찰된 자기장이 있는데, 이는 수성의 금속 [28]중심에서 생성된 것으로 여겨진다.수성의 중심핵은 행성 반지름의 85%를 차지하며, 태양계의 행성 크기에 비해 가장 큰 중심핵이 된다. 이것은 수성 표면의 많은 부분이 태양계 [33]역사 초기에 사라졌을 수도 있다는 것을 나타낸다.수은은 고체 황화철 외핵층 위에 고체 규산염 지각과 맨틀이 있고, 그 다음에 더 깊은 액체 코어층이 있고, 그리고 세 번째 [33]층을 만드는 가능한 고체 내핵층이 있습니다.

금성

금성 중심부의 구성은 금성 중심부를 계산하는 데 사용된 모델에 따라 크게 달라지기 때문에 제약이 필요합니다.[34]

요소 콘드라이트 모델 평형 응축 모형 파이로라이트 모형
철 88.6% 94.4% 78.7%
니켈 5.5% 5.6% 6.6%
코발트 0.26% 알 수 없는 알 수 없는
유황 5.1% 0% 4.9%
산소 0% 알 수 없는 9.8%

달

달 중심핵의 존재는 여전히 논의되고 있다. 그러나 만약 중심핵이 있다면 하프늄텅스텐[35] 증거와 거대 충돌 가설에 근거해 태양계가 시작된 지 4천 5백만 년 후에 지구의 중심핵과 동시에 형성되었을 것이다.그러한 핵은 그것의 [28]역사 초기에 지자기 발전기를 수용했을지도 모른다.

지구

주요 기사:지구 core핵의 구조

지구는 금속 [28]코어 안에서 관측된 자기장을 가지고 있다.지구는 전체 중심핵의 질량 결핍률이 5~10%이고 내부 [26]중심핵의 밀도 결핍률은 4~5%입니다.코어의 Fe/Ni 값은 연골암 [26]운석에 의해 잘 제한된다.황, 탄소, 인은 경원소 성분/질량 [26]결손의 약 2.5%에 불과합니다.핵에 [26]방사성 원소가 포함되어 있다는 지구 화학적 증거는 존재하지 않는다.하지만, 실험 증거에 따르면 칼륨은 핵 축적과 관련된 온도를 다룰 때 매우 친밀하며, 따라서 칼륨-40은 유황이 풍부한 [27]화성보다 적은 정도는 아니지만 초기 지구의 발전기에 중요한 열원을 제공할 수 있었다.핵에는 지구 바나듐과 크롬의 절반이 들어 있으며 상당한 양의 니오브와 탄탈이 [26]들어 있을 수 있습니다.중심부는 게르마늄과 갈륨이 [26]고갈되었다.코어 맨틀의 분화는 지구 [26]역사의 처음 3천만 년 이내에 일어났다.내부 노심의 결정화 시기는 아직 대부분 [26]해결되지 않았다.

화성

화성은 과거에 [28]핵에서 생성된 자기장을 가지고 있었을 가능성이 있다.이 발전기는 행성이 [2]형성된 지 5억 년 만에 멈췄다.화성 운석 Zagami에서 파생된 Hf/W 동위원소는 화성의 빠른 강착과 핵심 분화를 나타낸다. 즉, 1000만년 [23]미만이다.칼륨-40은 초기 화성 [27]발전기에 동력을 공급하는 주요 열원일 수 있다.

원시 화성과 또 다른 분화된 유성체 사이의 중심 결합은 (핵과 [25]맨틀의 점도에 따라) 1000년 또는 30만 년만큼 느릴 수 있었다.화성 핵의 충격 가열은 핵의 성층화를 초래하고 1억 5천만 [25]년에서 2억 년 동안 화성 발전기를 죽였을 것이다.Williams 등에 의한 모델링.2004년 화성에 기능적 발전기가 존재하기 위해, 화성 핵은 맨틀보다 처음에는 150 K 더 뜨거웠으며 (행성의 분화 역사, 그리고 충격 가설에 동의), 액체 핵 칼륨-40이 핵으로 분할될 기회를 가졌을 것이다.열. 이 모델은 결정화의 잠열이 더 오래 지속되는 (10억 년 이상)[2] 발전기를 구동했을 것이기 때문에 화성의 핵은 완전히 액체라고 결론짓는다.만약 화성의 핵이 액체라면, 유황의 하한은 5중량 [2]%가 될 것이다.

가니메데

가니메데는 금속 [28]코어 내에서 발생하는 자기장을 관찰합니다.

목성

목성은 중심핵에서 자기장이 관측되어 금속 물질이 [3]존재함을 나타냅니다.그것의 자기장은 태양 다음으로 태양계에서 가장 강하다.

목성은 지구의 10배에서 30배 정도 질량의 암석 및/또는 얼음 핵을 가지고 있으며, 이 핵은 위의 가스 외피에서 용해될 가능성이 높으며, 조성이 매우 원시적입니다.중심핵이 아직 존재하기 때문에 외부 외피층은 원래 기존에 존재했던 행성 [5]중심핵에 부착되었을 것입니다.열수축/진화 모델은 코어 내에 금속 수소가 다량(토성보다 [3]더 높음)으로 존재하도록 지원합니다.

토성

토성은 금속핵 [3]안에서 자기장을 관측하고 있다.금속 수소는 중심핵 안에 존재한다(목성보다 [3]낮은 함량이다.토성은 지구 질량의 10배에서 30배 정도의 암석 및 얼음 핵을 가지고 있으며, 이 핵은 위의 가스 외피에서 녹을 가능성이 높기 때문에 원초적인 구성입니다.중심핵이 아직 존재하기 때문에, 외피층은 원래 기존의 [5]행성 중심핵에 부착되어 있었을 것입니다.열수축/진화 모형은 중심핵에 금속수소가 다량 존재하는 것을 뒷받침합니다(그러나 [3]목성보다 작습니다).

나머지 행성 코어

소행성대에 있는 물체에 대한 임무는 행성의 핵 형성에 대한 더 많은 통찰력을 제공할 것이다.이전에는 태양계의 충돌이 완전히 합쳐진 것으로 이해되었지만, 최근 행성체들에 대한 연구는 충돌의 잔여물이 행성 중심부가 될 물체를 남겨두고 외부 [36]층을 벗겨냈다고 주장한다."금속 세계로의 여행"이라는 제목의 프시케 미션은 행성의 [37]핵이 될 수 있는 물체를 연구하는 것을 목표로 하고 있다.

엑스트라솔라

새로운 기술이 두 가지 다양한 외계행성의 발견을 가능하게 하면서 외계행성의 영역이 커짐에 따라, 외계행성의 핵이 모형화되고 있다.이들은 외부행성의 초기 조성에 의존하며, 이는 개별 외부행성의 흡수 스펙트럼과 별의 방출 스펙트럼을 조합하여 추론한다.

북극 행성

chthonian 행성은 가스 거대 행성이 모항성에 의해 외부 대기가 제거될 때 발생하는데, 이는 행성의 내부 이동 때문일 수 있습니다.그 만남에서 남은 것은 원래의 핵뿐입니다.

항성핵과 다이아몬드 행성에서 파생된 행성

이전에는 별이었던 탄소 행성이 밀리초 펄서의 형성과 함께 형성됩니다.이러한 행성이 최초로 발견된 것은 물의 18배, 지구의 5배 크기였다.따라서 이 행성은 기체일 수 없으며, 우주적으로도 탄소나 산소와 같이 풍부한 무거운 원소들로 구성되어야 하며,[38] 다이아몬드처럼 결정체일 가능성이 높습니다.

PSR J1719-1438은 5.7밀리초 펄서로 질량은 목성과 비슷하지만3 밀도는 23g/cm로, 동반성이 고대 별의 [39]핵으로 보이는 초저질량 탄소 백색왜성임을 시사한다.

뜨거운 얼음 행성

적당한 밀도를 가진 외계 행성들(목성 행성들보다 밀도가 높지만, 지구 행성들보다 밀도가 낮음)은 GJ1214b와 GJ436과 같은 행성들이 주로 물로 구성되어 있음을 시사한다.이러한 수계의 내부 압력은 표면과 [40]코어 내에서 물이 형성되는 이국적인 단계를 초래할 것이다.

레퍼런스

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