Planeetan ydin: koostumus, rakenne ja erot Maassa, Marsissa ja Jupiterissa

Tutustu planeettojen ytimien koostumukseen, rakenteeseen ja eroihin — Maasta, Marsista ja Jupiterista: rauta, kiinteä vs nestemäinen sekä massan ja koon vaikutus.

Planeetan ydin on planeetan sisin kerros tai sisimmät kerrokset. Maanpäällisillä planeetoilla (planeetat, joilla on kivipinta) ydin koostuu pääosin rautasta ja siihen liittyvistä raskaammista alkuaineista kuten nikkelistä sekä kevyemmistä lisäaineista (esim. rikki, happi, vety). Ytimen rakenne voi olla kerroksittainen: sisempi osa voi olla kiinteä ja uloin osa nestemäinen, mikä on tärkeää planeetan sisäisestä dynamiikasta ja magneettikentän syntymisestä.

Maapallon ydin

Maan ydin on jaettu kahteen pääosaan: kiinteään sisäydimeen ja nestemäiseen ulkoytimeen. Sisäydin on pääosin rauta-nikkeli-seos (kiinteä), kun taas ulkoydin on kuumaa, sähköä johtavaa nestettä, joka pyöriessään synnyttää magneettikentän dynaamisen prosessin avulla.

• Säde: koko ytimen säde (sisä + ulkoydin) on noin 3 480 km, eli ~55 % Maan säteestä.
• Lämpötila: arviolta 4 000–6 000 °C ytimen eri kerroksissa.
• Merkitys: nestemäinen ulkoydin ja planeetan pyöriminen mahdollistavat magnetodynamosyklin, joka suojaa Maan pintaa avaruussäteilyn ja aurinkotuulen vaikutuksilta.

Marsin ja Venuksen ytimet — mitä tiedetään ja mitä epävarmuuksia on

Alkuperäisessä tekstissä todettiin, että Marsin ja Venuksen ytimet olisivat täysin kiinteitä, koska niillä ei ole vahvaa globaalia magneettikenttää. Tämä on kuitenkin liiallista yleistystä. Nykyisten havaintojen ja mallien mukaan tilanne on monimutkaisempi:

• Mars: InSight-mission seismiset havainnot ja muut mittaukset viittaavat siihen, että Marsilla on todennäköisesti nestemäinen ulkoydin, mutta mahdollisesti ei eriytynyttä kiinteää sisäydintä kuten Maassa. Marsin magneettikenttä on heikko ja paikallinen, mikä kertoo dynaamisen ytimen sammumisesta tai hyvin heikosta dynamiasta.
• Venus: Venuksen ytimen tilasta on vähemmän suoria mittauksia. Mallit osoittavat, että sen ydin voi olla osittain nestemäinen, mutta planeetan hyvin hidas pyöriminen ja/tai erilainen lämmönsiirto voi estää toimivaa magnetodynamoa. Toisaalta jotkin mallit sallivat myös lähes jäykän ytimen mahdollisuuden.

Kaasujättiläisten ytimet ja erot kiviplaneettoihin

Myös kaasujättiläisten ytimet sisältävät rautaa ja muita raskaita alkuaineita, mutta niiden ympärillä on paksu kerros keveämpiä aineita (vesi-, amoniakki- tai jääseoksia pienemmillä jättiläisillä; pääosin vedyn ja heliumion täyttämä sähköä johtava kerros suurimmilla kuten Jupiterilla). Kaasujättiläisten ytimet ovat usein pienempiä suhteessa kokonaiskokoon, mutta ne voivat silti olla massaltaan ja halkaisijaltaan suuria verrattuna Maahan. Esimerkiksi:

• Jupiterin ytimen massaksi on arvioitu usean arvion perusteella kymmenistä Maan massoista; yksi yleinen arvio on noin 10–20 Maan massaa, ja aiemmassa tekstissä mainittu arvo ~12 Maan massaa on yhdenlaisen mallin tulos.
• Jupiterin tapauksessa korkea paine muuttaa vedyn metalliseksi, jolloin se johtaa sähköä ja tukee voimakasta planeetanlaajuista magneettikenttää. Juno-luotaimen mittaukset viittaavat mahdollisesti "laimennettuun" tai osittain diffuusiin ytimeen sen sijaan, että ydin olisi täysin tiivis ja selkeästi erotettavissa.

Ytimen kokoesimerkit

Ytimen osuus planeetan koosta vaihtelee voimakkaasti:

• Kuun ydin on arviolta noin 20 % sen säteestä.
• Merkuriuksen ydin on poikkeuksellisen suuri suhteessa sen säteeseen — noin 75 % sen säteestä — ja osittain nestemäinen ydin selittää planeetan heikon mutta olemassa olevan magneettikentän.
• Maa: ytimen säde on ~55 % planeetan säteestä (kuten aiemmin mainittu).

Miten ytimiä tutkitaan?

Differentiaalisista havainnoista ja teknologioista saadaan tietoa ytimen koostumuksesta ja tilasta:

• Seismologia: Maassa ja Marsilla seismiset aallot (maanjäristykset, meteoriittien iskut) kertovat suoraan sisäisestä rakenteesta (InSight Marsissa, maapallon seismologia intensive).
• Gravitaatiokenttä ja hitausmomentti: painovoimamittaukset ja planeetan hitausmomentti antavat tietoa massanjakaumasta ja ytimen koosta.
• Magneettikenttä: kentän olemassaolo ja ominaisuudet kertovat sähköä johtavasta liikkeestä ytimen uloimmissa kerroksissa.
• Luotaimet ja avaruusmittaukset: esimerkiksi Juno (Jupiter), MESSENGER (Merkurius), InSight (Mars) ja tulevat tutkimusmissiont laajentavat tietämystämme.

Miten ytimet syntyvät?

Planeettojen ytimet muodostuvat pääosin varhaisessa kehitysvaiheessa, kun yhteenkasvaneessa kappaleessa tapahtuu eriytymistä: raskaat aineet (rauta, nikkeli) uppoavat keskelle sulan tai osittain sulan tilan aikana ja muodostavat ytimen, kun taas kevyemmät kivikerrokset jäävät päälle. Prosessia vauhdittavat törmäykset, radioaktiivinen hajoaminen ja gravitaatiollinen vapautunut energia.

Yhteenveto

Ytimet vaihtelevat planeetoittain koostumukseltaan, tilaltaan (kiinteä vs. nestemäinen) ja kooltaan. Maan ydin on selkeä esimerkki kaksiosaisesta ytimestä (kiinteä sisäydin + nestemäinen ulkoydin) ja toimivasta magneettodynamosta. Marsin ja Venuksen ytimet ovat vielä osittain tutkinnan alla: Marsille on todisteita nestemäisestä ulkoytimestä, kun taas Venuksen dynamon puuttuminen voi johtua joko ytimessä vallitsevasta tilasta tai planeetan erilaista sisäisen lämmön- ja pyörimisominaisuuksista. Kaasujättiläiset puolestaan yhdistävät raskaan ytimen ja valtavat, sähköä johtavat kerrokset, jotka synnyttävät voimakkaat magneettikentät.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on planeetan ydin?

K: Mitä ovat maanpäälliset planeetat?

K: Mistä maanpäällisten planeettojen ytimet pääasiassa koostuvat?

K: Onko Marsin ja Venuksen ytimien ajateltu olevan täysin kiinteitä vai osittain nestemäisiä?

K: Mitä ovat kaasujättiläiset?

K: Onko kaasujättiläisillä rautasydän?

K: Miten planeettojen ytimen koko vertautuu eri planeettojen välillä?

Hae kirjaimella