惑星の質量の違いとは?

太陽系の惑星は、大きさがかなり違うことはよく知られている事実です。 例えば、太陽系内側の惑星は、太陽系外側のガス惑星や氷惑星よりも小さく、密度が高いのです。 また、惑星は最大の衛星よりも小さい場合もある。 しかし、惑星の大きさは必ずしも質量に比例するわけではない。 水星のような惑星は、木星の衛星ガニメデや土星の衛星タイタンよりもサイズが小さいかもしれないが、質量はそれらの2倍以上あるのだ。 また、木星は地球の318倍の質量がありますが、その組成と密度から、地球の11.21倍の大きさにしかなりません。

水星:

水星は太陽系最小の惑星で、平均直径は4879 km (3031.67 mi)である。 また、密度は5.427g/cm3で、地球に次いで2番目に大きい。 地球型惑星として、珪酸塩の岩石と鉱物で構成され、鉄のコアと珪酸塩のマントルおよび地殻に区別される。 しかし、他の惑星(金星、地球、火星)とは異なり、地殻やマントルに対して金属核が異常に大きい。

以上のことから、水星の質量は約0.330 x 1024 kgで、330兆トン(地球0.055個分に相当)であることがわかる。 その密度と大きさから、水星の表面重力は3.7 m/s² (または0.38 g) である。

水星の内部構造: 1. 地殻:100-300 km の厚さ 2. マントル:厚さ600km 3. コア:半径1,800 km。 Credit: MASA/JPL

Venus:

金星は「地球の姉妹惑星」として知られ、その組成、大きさ、質量が我々のものに似ていることからこの名がついた。 地球、水星、火星と同じく地球型惑星で、そのためかなり高密度です。 実際、密度は5.243 g/cm³で、太陽系で3番目に密度が高い惑星である(地球と水星に次ぐ)。 平均半径はおよそ6050 km (3759.3 mi) で、これは地球 0.95 個分に相当します。

また、質量に関しては、この惑星は 4.87 x 1024 kg、つまり 4,870,000,000,000 トンと、非常に重いのです。 これは地球0.815個分に相当し、太陽系で2番目に巨大な地球型惑星であることは驚くにはあたりません。 その密度と大きさから、金星も地球と同程度の重力(およそ8.87m/s²、0.9g)を持っていることになる。

地球:

他の太陽系内惑星と同様、地球も地球型惑星で、鉄芯とケイ酸塩マントルおよび地殻に区別される金属とケイ酸塩岩から構成されています。 9732>

地球の層。内核と外核、マントル、地殻が見える。 Credit: discovermagazine.com

そして、5.97×1024kg(59億7000万兆トンに相当)という地球は、地球型惑星の中で最も巨大な惑星である。 その大きさと密度から、地球は私たちがよく知っている9.8m/s²、つまり1gの地表重力を体験します。

火星:

火星は地球で3番目に大きく、太陽系で2番目に小さい惑星です。 他の惑星と同様に、金属と珪酸塩の岩石で構成され、鉄の核と珪酸塩のマントルおよび地殻に区別されます。 しかし、大きさは地球の約半分(平均直径6792km、4220.35mi)だが、質量は10分の1しかない。

要するに火星の質量は0.642 x1024 kgで、642,000,000,000兆トンと、地球の約0.11倍の質量を持っている。 その大きさと密度3.9335 g/cm³(地球の約0.71倍)を合わせると、火星の表面重力は3.711 m/s² (または0.376 g)です。

木星:

木星は太陽系で最大の惑星です。 平均直径は142,984kmで、土星を除く他のすべての惑星を自分の中に収めることができ、地球を11.8倍収めることができるほどの大きさです。 しかし、質量は1898×1024kg(または1兆898億トン)で、太陽系の他のすべての惑星を合わせたよりも重く、正確には2.5倍の質量があります。

木星の構造と組成。 (Image Credit: Kelvinsong CC by S.A. 3.0)

しかし、ガス惑星であるため、地球型惑星よりも全体の密度が低くなっています。 平均密度は1.326g/cmですが、中心部に行くほどかなり大きくなります。 9732>

土星:

土星はガス惑星で2番目に大きく、平均直径は120,536 kmで、木星よりわずかに小さい。 しかし、質量は569×1024kg(569,000,000,000兆トン)で、木星に比べるとかなり小さいです。 それでも、土星は太陽系で2番目に質量の大きい惑星で、地球の95倍の質量がある。

木星と同じく、土星もその組成から平均密度が低い。 実際、平均密度は0.687g/cm³で、土星は太陽系で唯一、水(1g/cm³)より密度が小さい惑星である。 しかしもちろん、他のガス惑星と同様に、土星の密度は中心部に行くほどかなり高くなる。 その大きさと質量から、土星の「表面」の重力は地球よりわずかに高く、10.44 m/s²、つまり 1.065 g です。

土星内部の模式図。 Credit: Kelvinsong/Wikipedia Commons

天王星:

平均直径51,118 kmで、天王星は太陽系で3番目に大きい惑星です。 しかし、質量は86.8×1024kg(86,800,000,000兆トン)で4番目に大きく、これは地球の14.5倍の質量に相当します。 これは、平均密度が1.271 g/cm3 と海王星の約4分の3であることによる。

海王星:

海王星は地球よりかなり大きく、49,528kmで地球の約4倍の大きさです。 また、質量は102×1024kg(102,000,000,000兆トン)で、正確には約17倍と、より巨大な存在です。 海王星は太陽系で3番目に巨大な惑星であり、その密度はガス惑星の中で最も大きい(1.638 g/cm3)。

このように、太陽系の惑星は質量の点でかなり幅があります。 しかし、密度の違いを考慮すると、惑星の質量が必ずしも大きさに比例しないことがわかります。 つまり、大きさが数倍の惑星もあれば、質量が何倍もある惑星もあるのです。

Universeでは、惑星に関する興味深い記事をたくさん書いてきました。 例えば、「太陽系についての興味深い事実」、「惑星の色は何色か」、「惑星の記号は何か」、「惑星の密度はどのくらいか」、「惑星の直径はどのくらいか」です。

さらに詳しい情報は、NASAの太陽系探査の「Nine Planets overview of the Solar System」や、他の惑星での自分の重さを調べるにはこのサイトを見てください。 ここでは第49話を紹介します。 水星からスタートです!

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