惑星密度計算機

私たちは地球を12kmより深く掘ったことは一度もないが、それでも核が鉄でできていることを知っている。その鍵は平均密度だ:ρ = 3M/(4πR³)。質量は衛星や探査機の軌道の周期から、半径は掩蔽やレーダー高度測定から得られる。得られた密度を高圧下の岩石・氷・鉄の状態方程式と照合することで、内部にどんな物質の組み合わせがあるはずかを絞り込める。密度が~2 g/cm³未満なら、岩石の割合が大きいことはあり得ない。~5 g/cm³を超えると、大きな鉄核はほぼ避けられない。地震学や慣性モーメントの測定がこの描像をさらに精緻にするが ―― 探査機を送る前の段階で大半の仕事をこなすのは密度だけなのだ。

密度とは、ある空間にどれだけ物質が詰め込まれているかを1立方センチあたりのグラム数で表すだけのものです。この一つの数値を惑星どうしで比べれば、着陸せずとも中身を推し量れます。印象的な例が土星で、平均密度はわずか約0.69 g/cm³と水より小さく、十分大きな海があれば浮いてしまうほど。一方、岩石でできた地球は5.51 g/cm³で、太陽系で最も密度の高い惑星です。

大きな惑星は自らを押しつぶします。自身の重力で内部が圧縮されるため、測定される平均密度は物質本来の値より高く出ます。天文学者はこれを補正して非圧縮密度を求めます。すると最も密度が高いのは地球ではなく水星で、約5.3 g/cm³に対し地球は約4.4。これは半径の約85%を占める巨大な鉄の核の存在を物語っています。