Почему плотность Солнца меньше, чем на внутренних планетах?

Плотность Солнца составляет а у Меркурия - , но разве Солнце не должно быть плотнее? Потому что, когда формировалась Солнечная система, там был большой диск из обломков, и в зависимости от плотности обломков он шел ближе или дальше от центра, который затем образовывал планеты, но Солнце находится в центре, а его меньше. плотнее, чем Меркурий, почему?$1410~\frac{\text{kg}}{\text{m}^{3}}$$5430~\frac{\text{kg}}{\text{m}^{3}}$

Солнце не одинаковая плотность на всем протяжении.

Согласно солнечной внутренней странице MSFC, плотность ядра в центре Солнца составляет колоссальные 150000 кг / м 3 . Окружающая его зона излучения составляет около 20 000 - 200 кг / м 3 (уже менее плотная, чем вода). В конце концов на краю находится конвективная зона - плотность в той части, которую мы видим, гораздо менее плотна, чем наш собственный воздух ...$^3$$^3$

Таким образом, хотя средняя плотность Солнца не очень замечательна, ядро ​​- самое плотное место в Солнечной системе.

(Солнечное сечение от Wikipedia.org )

Слияние внутри звезды влияет на плотность солнца (чего не происходит с планетой). Он создает внешнее давление, которое уравновешивается притяжением гравитации, тем самым уменьшая плотность, пока звезда горит. Как только звезда, солнечная масса больше не способна выдерживать слияние, остается белый карлик, который на самом деле намного плотнее Меркурия.

Плотность вещества зависит не только от его состава, но и от температуры и давления. Не имеет смысла говорить, что вещество A плотнее, чем вещество B, без указания условий, при которых проводится сравнение.

Для простого повседневного примера, при комнатной температуре (и давлении) вода значительно плотнее воздуха. Но нагревают их выше 100 ° С, и вода испаряется и фактически становится значительно менее плотной, чем воздух, даже при той же температуре и давлении.

(По закону идеального газа , плотность различных газов при данной температуре и давлении приблизительно пропорциональна их средней молекулярной массе. Молекулярная масса воды составляет лишь примерно половину от двухатомного кислорода и азота, которые являются основными компонентами воздуха на Земле, и, следовательно, водяной пар только примерно вдвое менее плотен, чем воздух при той же температуре и давлении.)

Температура поверхности Меркурия составляет менее 1000 ° C (и внутренняя температура не должна быть намного выше), и она в основном состоит из металлов и силикатных минералов (т.е. горных пород), которые являются твердыми или жидкими при этих температурах. Между тем температура Солнца на поверхности (фотосфере) превышает 5000 ° C, а в глубине намного выше . Если бы вы могли нагревать Меркурий до той же температуры, что и Солнце, большая часть камней и металлов, из которых он состоит, испарялась бы и становилась намного менее плотной. Таким образом, большая разница в плотности сводится к тому, что Меркурий намного холоднее Солнца и, следовательно, способен оставаться твердым.

Другая причина, по которой Солнце менее плотное, чем у Меркурия, состоит в том, что Солнце содержит много легкого газообразного водорода (который имеет как очень низкую молекулярную массу, так и очень низкую точку испарения), тогда как у Меркурия практически нет водорода. Основная причина этого заключается в том, что солнечное тепло и солнечный ветер эффективно сдули любой водород и другие летучие вещества низкой плотности, которые Меркурий мог когда-то иметь (или которые могли существовать в его общей области, пока формировалась Солнечная система). ).

Само Солнце может удерживать водород из-за его огромной силы тяжести (но даже в этом случае оно теряет около одного миллиарда килограммов в секунду; это, в основном, и есть солнечный ветер, о котором я упоминал выше). Меркурий, однако, намного меньше, и поэтому его гравитация недостаточно сильна, чтобы удерживать свой собственный водород так близко к Солнцу.

(По сути, то же самое произошло с Венерой, Землей и Марсом, поэтому эти внутренние планеты не превратились в огромные шары водородного газа, как это сделали Юпитер и Сатурн. Однако Земля и Венера были достаточно большими и находились достаточно далеко от Солнце, чтобы они могли держаться за другие немного менее летучие вещества, такие как вода и воздух.Марс расположен еще дальше от Солнца, но также намного меньше Земли, что является главной причиной, по которой он сегодня имеет только очень тонкий атмосфера углекислого газа, и очень мало воды, если таковые имеются.)

Я бы сказал, что самый важный ответ заключается в том, что объем звезд учитывается иначе, чем для (внутренних) планет .
Для первых учитывается большая часть газа, окружающего плотное ядро. Последние не имеют достаточно значительных количеств этого.

Это еще более заметно с большими звездами.
В. Я. Майорис : «При средней плотности от 0,000005 до 0,000010 кг / м3 звезда в сто тысяч раз менее плотна, чем атмосфера Земли (воздуха) на уровне моря. Она также испытывает сильную потерю массы с внешними слоями звезда больше не связана с гравитацией "
Да, плотность меньше, чем у воздуха за пределами МКС , и все еще является частью объема звезды.
Звезда пускает газ, как никто другой, и его огромная часть все еще учитывается в его диаметре. Солнце ничем не отличается.

Очевидно, что мы не используем одну и ту же метрику , поэтому нет смысла сравнивать значения .

Все остальные ответы касаются плотности солнца, но я чувствую, что ни один из них на самом деле не учитывает заблуждение ОП. ОП, кажется, считает, что более плотный материал должен утонуть, но это не так. Таким образом, Плутон плотнее, чем Уран, но движется дальше. В этом нет ничего странного.

Причина в том, что орбитальная энергия сохраняется бесконечно, если не существует какого-либо взаимодействия. Планета чувствует себя «невесомой», как космонавт на космической станции, потому что она находится в свободном падении к центру масс Солнечной системы. Если оно не взаимодействует с другим телом, материя, независимо от ее плотности, будет продолжать вращаться на том же расстоянии от центра масс солнечной системы , что является следствием сохранения энергии.

Плотность становится проблемой только тогда, когда объекты вступают в физический контакт, и тело получает толчок от другого тела.

Таким образом, на орбитальном космическом корабле плотные объекты просто плавают вокруг «невесомо» и не «падают» на «дно». И воздух, и объекты на космическом корабле испытывают гравитацию, но они падают с одинаковой скоростью, поэтому они не толкают друг друга.

Когда космический корабль находится на земле , поверхность Земли отталкивается от космического корабля и препятствует его ускорению к центру Земли. При этих обстоятельствах более плотные объекты, если они не стеснены, упадут к полу космического корабля, вытеснив менее плотный воздух . Когда они падают на пол, они получают толчок от него, предотвращая их дальнейшее падение.

В космосе объекты не толкают друг друга физическим контактом, поэтому плотность не имеет значения. Триллион тонн железа и триллион тонн кремнезема могут иметь разные объемы, но они имеют одинаковую массу, поэтому до тех пор, пока их взаимодействия с остальной частью Солнечной системы являются чисто гравитационными, оба будут вести себя одинаково.

С другой стороны, материя, которая объединилась в планету, солнце или луну, станет стратифицированной по плотности. В случае луны или каменистой планеты это происходит почти полностью из-за того, что более плотные материалы тонут и вынуждают более объемные подниматься. В случае солнца или газового гиганта ядро ​​также будет более плотным из-за сжатия. В дополнение к контактным силам также присутствует трение. Отметим также, что трение необходимо для орбитального распада : без него спутники будут вращаться на одной и той же высоте бесконечно.

Простой ответ Солнце - это в основном водород с атомным весом 1. Ртуть - это в основном (70%) металл, такой как железо (с атомным весом 55). Железо имеет преимущество по плотности. Чтобы водород имел одинаковую плотность железа, 55 атомов водорода должны были бы быть сжаты в пространстве одного атома железа. Это происходит в ядре солнца, но не во всем солнце.