Vraag over planeten en hun ontstaan

[Thionyl]

Een vraag waar ik al een tijdje mee zit is; Hoe komt het toch dat de meeste (of alle?) planeten een Fe/Ni kern hebben?
 
Heb gelezen, bij planeetvorming over klonteren en elektrostatische aantrekkingen en condenseren en grote botsingen enz enz. Er staat genoeg oa op Wiki, alleen mijn vraag zag ik niet terug.
 
Ook als er een superbotsing is tussen 2 (proto-)planeten en de boel vloeibaar zou worden, is het toch vreemd dat (vrijwel) alleen Fe en Ni in die kern voorkomen. Metalen met een grotere dichtheid zou ik dan eerder daar verwachten en dat is niet het geval. Ook bij de vorming v/d Maan bijv.,door welke theorie dan ook.
 
Dus lijkt mij (onbenul in Astronomie) dat magnetisme de clou moet zijn, alleen wordt niet genoemd.
 
Mij lijkt dat ook dat die Fe/Ni kern dan als eerste de grondslag is geweest voor de planeetvormingen en later pas de rest en niet bijv de kern pas later. 
 
Iemand die meer kan vertellen? 
 
 

[Bladerunner]

De aanwezigheid van Fe en Ni in de kern van een rots-planeet zoals de Aarde heeft te maken met het feit dat het de zwaarste elementen zijn die in een ster geproduceerd kunnen worden. Ze ontstaan in super zware sterren die hun leven eindigen als een supernova. Feitelijk zijn supernova's een bron van leven.
Sterren zoals de zon bevatten ijzer e.d. in hun atmosfeer maar dat is dus ooit een deel geweest van een supernova waarvan er vlak na de big bang erg veel van geweest moeten zijn vanwege de relatief hoge dichtheid van het heelal.
Als deze elementen nu 'klonten' vormen in de z.g.n. proto-planetaire schijf rond een ster ontstaat daar later dus een rots-planeet uit met een Fe/Ni kern. Er zijn natuurlijk ook zwaardere elementen te vinden, maar die zijn een stuk zeldzamer (te weinig om een kern te vormen) omdat ze gevormd worden tijdens de implosie die voorafgaat aan de explosie van een supernova en niet alle zwaardere elementen verdwijnen dan het heelal in waar ze dan later deel uit gaan maken van planeetvorming elders. Wat dus de relatieve zeldzaamheid van b.v. goud verklaard.
 
Omdat de elementen Ijzer en Nikkel beduidend zwaarder zijn dan de andere relatief veel voorkomende elementen in de proto-planetaire schijf ontstaat daar dus de meeste zwaartekracht waaruit een planeet ontstaat na samentrekking.
 
De lichtere elementen waaronder waterstof en helium bewegen naar de rand van de schijf waar ze dan uiteindelijk samentrekken tot een gasreus zoals Jupiter.

[Thionyl]

Dat verhaal van jou klopt niet helemaal. Ten eerste is onze Zon geen begin ster, maar gemaakt van uit een nevel veroorzaakt door een (super)Nova. Wat wel klopt is dat sterfusie (in onze Zon) max gaat tot Fe/Ni. Dan knalt ie. Alleen al die andere elementen waren toen ook aanwezig in die nevel.  Trouwens ik keek even op Wiki en verbaasde me over hoeveel miljoen ton Goud die dagelijks (schijnt?) uit te stoten. Zal je bericht nog eens goed gaan lezen, maar volgens mij sla je er ook maar een slag naar en blijft mijn vraag staan.

[Bladerunner]

Ik sla er helemaal geen slag naar, en toevallig ben ik geen onbenul als het om astronomie gaat en ster evolutie.
Heb je die link eigenlijk wel gelezen waar ik naar het fenomeen supernova verwijst? Daar staat o.a. "For instance, these supernovae are a major source of iron in the universe".
En daarmee is je vraag wel degelijk beantwoordt want de zon zelf produceert geen ijzer (en zal dat ook nooit doen want daar heeft hij te weinig massa voor). Verder heb ik nooit beweerd dat de zon een 'begin ster' is, maar de zon bevindt zich wel in een relatief vroege fase van haar bestaan aangezien nog niet alle waterstof in de kern is omgezet in helium. (Dat gebeurt pas over ongeveer 5 miljard jaar)
 
"Wat wel klopt is dat sterfusie (in onze Zon) max gaat tot Fe/Ni. Dan knalt ie"
 
En dat klopt dus juist niet want zoals gezegd heeft de zon te weinig massa om tot ijzer te kunnen komen. Het zwaarste element dat de zon zal kunnen produceren ligt in de buurt van koolstof of zuurstof. Voor zwaardere elementen heb je o.a. meer druk nodig en dat kunnen alleen sterren die beduidend zwaarder zijn dan de zon bereiken.
 
En wat je bedoeld met dat de zon zoveel miljoen ton goud 'uitstraalt' zie ik graag de link van want dergelijke elementen zijn in slechts zeer kleine hoeveelheden te vinden in vergelijking met waterstof, helium en andere lichtere elementen.

[Michel Uphoff]

en blijft mijn vraag staan

 
Als je kijkt naar de samenstelling van het zonnestelsel (zon, planeten en interplanetair gas/stof), dan kan je bijvoorbeeld dit grafiekje maken:
 

Elements in solar system 1 2981 keer bekeken

 
Let op, de verticale as is logaritmisch.
 
Natuurlijk zijn waterstof en helium veruit de meest voorkomende elementen, en daarna bijvoorbeeld andere veel door kleinere sterren geproduceerde elementen als zuurstof, koolstof en stikstof. Kijken we naar het zwaardere element ijzer, geproduceerd door zware sterren en supernovae dan blijkt dit element ongeveer een miljoen keer zo veel voorkomend als nog zwaardere elementen zoals zilver, goud en kwik die alleen door protonvangst tijdens een supernova in een oogwenk kunnen worden gevormd. Uranium is zo'n 20 miljoen keer zeldzamer dan ijzer en lood 200.000 keer.
 
Er zitten in de aardkern dus wel degelijk zwaardere elementen dan ijzer en nikkel zoals bijvoorbeeld goud. Maar het procentuele aandeel stelt weinig voor omdat deze elementen in het zonnestelsel (en elders) nogal zeldzaam zijn, wat gezien hun vormingsproces logisch is.
 
Toch is overigens het verval van die spaarzame zware radioactieve elementen (vooral uranium en thorium) er de belangrijkste oorzaak van dat de kern nog steeds zo heet is. Of er in de binnenkern van de Aarde een concentratie van uranium zou voorkomen is onderwerp van discussie, de meeste geologen stellen dat dat niet het geval is.
 
Dat de Zon goud zou uitstralen is grote onzin.

[Benm]

Ik denk dat het idee dat een planeetkern of mantel bestaat uit ijzer en nikkel iets te simpel geteld is. 
 
Het zijn de meest voorkomende elementen, maar feitelijk is het een mengsel van veel meer elementen, waarvan sommige zwaarder en radioactief. 
 
IJzer en nikkel zijn de eindpunten waarbij fusie nog energe oplevert en dus nogal abundant, maar er is geen reden om aan te nemen dat er bijvoorbeeld geen zink of lood in de mantel zou zitten. 

[Bladerunner]

Natuurlijk is het geen puur ijzer-nikkel kern, maar men noemt het zo omdat deze elementen verreweg het sterkst vertegenwoordigd zijn in de kern van een 'rots-planeet' zoals de Aarde en Mars. Om die zelfde reden noemen we vanwege het percentage waterstof en helium Jupiter een gasplaneet ook al kan volgens bepaalde theorieën de kern uit rots bestaan.
 
Koolstof b.v. komt ook relatief veel voor in de Aarde, maar zit nauwelijks in de kern. Dat komt omdat tijdens de vloeibare fase van planeetvorming de zwaardere elementen naar de kern zakte en de lichtere nu eerder in de aardkorst zitten. In het geval van koolstof in de vorm van diamant.

[Thionyl]

Dat van dat Au zal ik dan wel verkeerd opgepikt hebben. En ja heb de link gelezen en vervolgens deze: 

Supernova - Wikipedia

https://nl.wikipedia.org/wiki/Supernova
 
 

</>
Het wordt me er niet echt helderder door, best complex. Maar er staan dingen in die ik duidelijk niet wist. Een Fe-kern in een ster bijv. Nou ja mijn atoomfysica van 45 j geleden is ook nogal roestig geworden en misschien was dat alles toen ook nog niet bekend.
 
Ok de nova, die ons zonnestelsel heeft voorzien van de zwaardere elementen tot (Fe/Ni) was waarschijnlijk een 1a type. En onze Zon heeft te weinig massa om verder dan O te komen, Helder.En de ontstane nevel wordt flink verhit door radioactief verval van oa Co-56. 
Resten van H en He schieten het verste weg en de zwaarste ( Fe/Ni) klonteren samen, vooral door zwaarte kracht.
 
Dan kan er weer een nieuwe ster gaan ontstaan, zoals onze Zon en oa dat Fe/Ni zijn dan misschien de startpunten voor planeetvorming.
 
Maar waar komt dat nieuwe H dan vandaan? En de overige veel zwaardere Elementen, uit nog een andere Nova?   
En ook moet? er ergens een soort scheiding van die elementen geweest zijn. Misschien door centrifugaalkrachten ofzo?
 
 
Wat ik ook mis in de grafiek van Michel is de aanwezigheid van bijv. Li, Be en B enz. Zijn die dan nogal weggefuseerd bij die Nova-explosie? Doordat ze makkelijker te fuseren zijn?
 
Kortom nog vragen genoeg, als ik mag.

[Bladerunner]

Lithium is een apart verhaal in ster evolutie. Lithium wordt in bepaalde sterren die vrij zeldzaam zijn geproduceerd. In een ster als de zon vindt fusie plaats van waterstof naar helium. Zou je vervolgens een fusie krijgen van helium dan wordt lithium dus overgeslagen en is het eerder een bijproduct.
Waterstof komt het meeste voor in het heelal en gaswolken waaruit later een ster kan ontstaan zijn overal voorhanden. Waterstof, helium en lithium waren na de oerknal de eerste elementen die gevormd konden worden zonder dat daar een ster voor nodig was. De condities vlak na de oerknal kon je namelijk vergelijken met die van de kern van een ster.
 
Hier kun je lezen wat de belangrijkste processen zijn in de kern van een ster.
 
De reden dat in een ster fusie mogelijk is tot aan ijzer komt omdat je voor verdere fusie meer energie nodig hebt dan dat het oplevert. Geen enkele ster kan dat punt bereiken en dus stopt in de ijzer kern de energie productie. Als gevolg daarvan ontbreekt in de kern plotseling het evenwicht tussen stralingsdruk en gravitatie en volgt er een implosie van de massa van de ster waarbij materie met hoge snelheid richting de kern valt met soms wel 20.000 km/sec.
Vanwege het Pauli-exclusion principe dat verhinderd dat protonen en neutronen de zelfde kwantum status hebben stopt abrupt de ineenstorting en op dat moment ontstaan er zwaardere elementen dan ijzer die vervolgens door de explosie in het heelal verdwijnen.

[Thionyl]

Dank je. Wat mijn probleem vaak is, is dat ik wel Engels kan lezen enz, maar sla het bijna niet op. Dus veel blijft gewoon niet "hangen". Maar ok. De H-fusie begint bij ca 10 miljoen K. Heb begrepen dat er vanuit de kern een stralingsdruk komt daardoor die in evenwicht is met de zwaartekracht. Is een element opgebrand, dan gaat zwaartekracht overheersen, kern krimpt en de temp. neemt fors toe en het volgende element gaat fuseren. Dit gaat door tot... afh. van de massa v/e ster, max Fe/Ni.
Dan stort de (Fe?) kern in, krijg je een implosie + schokgolf in de ster, veel n en p ontstaan en die oa maken dan de nog zwaardere elementen tijdens de daarop volgende explosie tot Nova enz.  Dus een extra Ster voor de zwaardere elementen schrappen we ook, bij deze.  Heb ik dat redelijk verwoord?
 
Trouwens de meest kritieke fusie lijkt dan me tot C-12, in dit proces. Via een bizondere ? vorm van Koolstof?? Ietwat onduidelijk en via Be. En toch wordt er veel C aangemaakt. 
 
Ook las ik dat de H-fusie in onze Zon gaat via een cyclus met/van C en N. Geen idee hoe dat dan weer zit. 
---------------------------------------------------------------------------------------------------------
Edit: Maar toch schrijf jij ook dat de zwaardere elementen naar de (planeet)kern zakten. Zit ik weer met die elementen met grotere dichtheden. Of is dat meer gewoon een voorkomings-percentage punt. Er is zoveel Fe in vergelijking met de veel zwaardere dat het een onbelangrijk % deel is. Benn zei ook iets in die richting. 
Ontstaat de Fe enz. kern nu als eerste of later in een planeet? 
 
 
En ik dacht ook altijd dat diamanten niet kwamen v/e ster of nova, maar in de Aard(mantel) zelf kristalliseerden uit koolstof. Een zg diamant-ster niet bestaat, wel dat het een andere vorm van koolstof is. Soort grafiet's-achtig, wat stabieler is als diamant. Maar?? ben onbenul, sorry.  

[Michel Uphoff]

Wat ik ook mis in de grafiek van Michel is de aanwezigheid van bijv. Li, Be en B enz.

 
Klopt. Het grafiekje geeft slechts een greep uit wat bekender elementen weer. De complete grafiek is veel breder:
 

Elements in solar system 2980 keer bekeken

Bron: Wikipedia. Klik voor grote weergave.
 
Interessant is ondermeer dat duidelijk blijkt dat elementen met een even atoomnummer (roze) meer voorkomen dan die met een oneven nummer (paars). De zogenoemde Oddo-Harkins regel is hier van toepassing (klik).
 
Ook het gat bij atoomnummer 43 is interessant, daar zit technetium en daar bestaat geen stabiele isotoop van. De halfwaardetijd is maximaal iets van 4 miljoen jaar, zodat alles hier op Aarde al heel lang geleden vervallen is in molybdeen of ruthenium. Maar in 1952 ontdekte men het element in de spectraallijnen van een miljarden jaren oude ster, dit soort 'technetiumsterren' vormen een van de eerste observationele bewijzen dat sterren de zwaardere elementen (door astronomen wat erg slordig metalen genoemd) 'smeden'.
 
In dit Wikipedia artikel vind je die grafiek terug samen met veel meer informatie.

[Bladerunner]

"Ook las ik dat de H-fusie in onze Zon gaat via een cyclus met/van C en N. Geen idee hoe dat dan weer zit."
 
Fusie in de kern van een ster is duidelijk geen 1 op 1 verhaal. Het is een complex iets waarbij bijproducten ontstaan en bepaalde elementen als katalysator werken, maar dat is maar tijdelijk als onderdeel van die CNO cyclus in zwaardere sterren.
Aan het begin van onze moderne astronomie wist men niet echt wat de energiebron van een ster was. Eerst dacht men aan een contractie proces maar toen men ontdekte dat de Aarde iets van 4 miljard jaar geleden moest zijn ontstaan verwierp men dit. Zelfs toen men aan kernfusie dacht was er een probleem: Als de zon volgens de gemeten straling per seconde ± 600 megaton waterstof omzet in helium dan zou de voorraad waterstof nu haast op moeten zijn, maar spectraalanalyse toont aan dat slechts 5% tot 10% van de waterstof is verbruikt. (Ongeveer 75-80% van de waterstof zit niet in de kern en maakt dus geen deel uit van de huidige energie productie) Als je naar de proton-proton reactie kijkt dan zie je dat bij de vorming van ⁴He uit 2 ³He kernen 2 atomen waterstof vrij komen. En omdat je om te beginnen 4 H kernen nodig hebt voor 1 ⁴He atoom krijgt de zon dus 50% van haar waterstof terug per kern fusie.
Ook is de zon heter geworden dan een paar miljard jaar geleden. Dit komt omdat veel energie eerst wordt opgeslagen. Energie geproduceerd in de kern schiet namelijk niet gelijk naar het oppervlak. Door de hoge dichtheid en temperatuur vindt er een proces van absorptie en (re-) emissie plaats waardoor de energie een kronkelende weg aflegt totdat de dichtheid laag genoeg wordt voor onbelemmerde straling.
 
"Edit: Maar toch schrijf jij ook dat de zwaardere elementen naar de (planeet)kern zakten. Zit ik weer met die elementen met grotere dichtheden."
 
In de astronomie noemt men alle elementen die een atoomgetal hebben hoger dan 3 'zwaar'. Maar dat is niet het zelfde uiteraard als het soortelijk gewicht. Chloor b.v. is dus in de astronomie een 'zwaar' element (atoomgetal 17), maar in het dagelijks leven is het een gas en dus lichter dan b.v. lithium (atoomgetal 3) wat zelf een metaal is lichter dan water en feitelijk de lichtste vaste stof. Dus het ligt er maar aan in welke context je 'zwaar' gebruikt.
 
"Een zg diamant-ster niet bestaat"
 
Nee dat niet want diamant ontstaat door druk en de hoge temperatuur in een ster zorgt weer voor desintegratie van de kristalstructuur.
Maar we hebben inmiddels een heel scala aan exo-planeten ontdekt rond andere sterren met de meest vreemde eigenschappen waaronder koolstof-rijke planeten die mogelijk grote hoeveelheden diamant bevatten waardoor mochten we dat ooit kunnen het ontginnen daarvan de waarde van diamant drastisch zal doen dalen omdat je er dan te veel van krijgt...

[Thionyl]

Ja duidelijk dat het allemaal mooi verloopt, maar super complex is om te vatten. In de chemie is een element > Fe een zwaar element. Verschillende definities lopen dan ook door elkaar. Eigenlijk ook vreemd in de astronomie, omdat Fe een mooie grens vormt tussen fusie en splitsing. Maar ok. 
 
Heb wel eens gelezen dat het transport van fotonen daar enz. soms? wel een millennium kan duren, voordat ze waargenomen kunnen worden op Aarde. Maar heb je het ene artikel gelezen, gooit een volgend artikel weer van alles door elkaar. Spannend, dat wel, maar bijna niet te volgen.  
 
Heb gelezen dat de Zon, nu, ca 40% feller schijnt dan bij zijn/haar? ontstaan.
Een punt was ook, of Venus ooit leefbaar was en dat het verschuiven v/d leefbare zone,  doordat de Zon feller ging schijnen, de planeet onbewoonbaar heeft gemaakt. Dat wordt dan misschien verkassen naar Mars of zo en daar dan de boel vervuilen . Maar goed dat is een totaal ander verhaal. 
 
 
Diamant, ja. Heb er genoeg hier op de slijpstiften. Was ooit van plan iets met CVD te gaan doen, maar heb er van afgezien ivm veiligheid enz. En oogsten v/e ster, dat lijkt me te pure SF. 
 
Dank voor alle info ( Michel en jij enz) . Ben weer een stuk verder. Zal nu, als iemand het me vraagt er wat beter op voorbereid zijn. 

[ArcherBarry]

Mag ik zeggen, super interessant topic!

[jkien]

Wat ik me afvraag: wordt bij een supernova de volledige stermassa verspreid? Of kan de ijzeren kern van de voormalige ster achterblijven als een uitdovende dwergster, zodat dat ijzer niet beschikbaar komt voor de vorming van nieuwe zonnestelsels?