Date post: | 30-Dec-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | ferdinand-curtis |
View: | 47 times |
Download: | 1 times |
Robert Kratochvíl Přírodovědecká fakulta Masarykovy Univerzity
Brno 2009
Zajímavosti Sluneční soustavy
• Vznik Sluneční soustavy• Slunce• Terestrické planety• Plynní obři• Planety• Menší tělesa
Zajímavosti Sluneční soustavy
O čem budeme mluvit
• vznik před 4,6 miliardami let (giga annuum – Ga)
• hmotnost 105 až 106 hmotností Slunce (MS)
• teplota 10 až 30 K• hustota 1000 molekul v cm3
• průměr několik milionů světelných let (light year – ly)• složení – zejména H a He, dále molekuly složené z
C, N, O, S, Si
• běžně jde o stabilní útvar, proč zkolaboval?
Zajímavosti Sluneční soustavy
Molekulový oblak
• díky vhodné kombinaci hmotnosti, teploty a hustoty
• hmotnost překonala Jeansovu kritickou hmotnost MJ
• možný start – výbuch blízké supernovy• přeměna gravitační potenciální energie na kinetickou
-> nárůst teploty• centrální část se smršťovala rychleji – zde Slunce
Zajímavosti Sluneční soustavy
Molekulový oblak
12
3
uaJ mG
kTM
• Slunce• planety• planetky• měsíce• komety• meteoroidy• meziplanetární prach a plyn
• vše vázáno gravitační silou Slunce• vše v pohybu, zpravidla prográdním
Zajímavosti Sluneční soustavy
Co vše obsahuje dnešní Sluneční soustava
• vnitřní oblast oblaku kolabovala dříve• průměr 7 – 20 tisíc astronomických jednotek (astronomical
unit – AU)• složení podobné dnešnímu Slunci – 98% H, He a Li• 105 až 106 let od vzniku molekulového oblaku vzniká
protohvězda – energie pouze ze smršťování• zážeh termonukleárních reakcí až za dalších 50 milionů let
Slunce
Vznik Slunce z molekulového oblaku
• p-p řetězec
• 3α řetězec
• CNO cyklus – u hvězd těžších než 1,7 MS
• dále syntéza těžších prvků až po železo• další prvky již nevznikají syntézou
Slunce
Jaderné reakce
221142
32
32
32
11
21
21
11
11
HHeHeHe
HeHH
eHHH e
CHeBe
BeHeHe126
42
84
84
42
42
Fe5626
• 99,85 % hmotnosti soustavy• stáří 4,6 Ga• průměr 1 400 000 km• hmotnost 2*1030
• hustota 1400 kg/m3
• otočí se jednou za 25 dnů (na rovníku)• povrchová teplota cca 5600 K • teplota jádra 15 milionů K• silné magnetické pole, hraje velkou roli• sluneční skvrny – umbra a penumbra• aktuálně je Slunce v minimu, maximum se očekává v roce
2013
Slunce
Dnešní Slunce
• Absolutní hvězdná velikost +4,1 magnitud• označení DG2
• je hvězdou hlavní posloupnosti Hertzsprung-Russelova
diagramu
Slunce
Astronomické údaje
• Slunce každou sekundu vyzáří 4*1026 J energie (a ztratí
tím cca 4,5 miliardy kg hmotnosti)
• pro porovnání:
- silný sopečný výbuch – 1019 J
- největší vodíková bomba – 1017 J
- výroba energie celého lidstva za 1 s – 1013 J
Slunce
Slunce jako zdroj energie
2cmE
• do roku 2006 definice výčtem: „Planety jsou: Merkur,
Venuše, Země, Mars, Jupiter, Saturn, Uran, Neptun a
Pluto.“
• od Pražské konference Mezinárodní astronomické unie
v roce 2006 nová definice: „Planetou je těleso
primárně obíhající kolem Slunce po eliptické dráze, které
má dostatečnou hmotnost pro zaujmutí sférického tvaru a
vyčištění okolí své dráhy.“
Planety
Planety
• pouhá 2% hmotnosti mlhoviny po zážehu Slunce• zploštění vlivem rotace – proto disk• průměr 200 AU• milion let po vzniku Slunce – srážky prachových zrn, další
zploštění disku, narůst teploty• Slunce vypuzuje plyn pryč ze Sluneční soustavy -> plynní
obři se musí zformovat do 107 let, pak již chybí materiál• postupem času se akrecí (spojováním částeček) vytvořily
planety – rychlost růstu z počátku milimetry za rok
Planety
Vznik planet z protoplanetárního disku
• se vzrůstající vzdáleností od Slunce klesá teplota• při poklesu pod 1200 až 1700 K kondenzují z plynné do
pevné formy Al, Ca, Ti, Fe, Ni, jejich oxidy, silikáty,…
• při teplotě kolem 200 K kondenzuje i H2O a NH3
• tato teplota cca ve vzdálenosti 3 až 4 AU• rozdělení na oblasti o různém chemickém složení,
zároveň i oddělení oblastí terestrických planet a plynných
obrů• mladé Slunce vypařilo těkavé látky ve vnitřních částech
soustavy, ty byly vypuzovány pryč až do oblasti kde
zmrzly -> nárůst hustoty
Planety
Hranice ledu
• postupnou akrecí materiálu vznikají stále větší zrnka• akrece je intenzivnější před hranicí ledu, díky vyšší teplotě
jsou zrnka „lepkavá“, vznikají tělesa velikosti 1 až 10 metrů• za deset tisíc let vzniknou tělesa o průměru kolem 5 km
označované jako planetesimály• rychlost růstu je nyní několik cm za rok• po několika milionech let končí období formování planet a
v planetesimálách je obsažen téměř všechen materiál
původního akrečního disku
Planety
Planetesimály
• spojováním planetesimál vzniká řada planetárních zárodků, které se pohybují po silně eliptických drahách• jde o samotný počátek vzniku planet – před 4,6 Ga• planety se vytvářely 10 až 100 Ma
Zajímavosti Sluneční soustavy
Planetesimály
• Merkur, Venuše, Země a Mars• ve vnitřní části Sluneční soustavy, do 4 AU• zárodky těchto planet měly průměrně hmotnost cca
0,05 MZ
• existovalo 20 až 40 planetárních zárodků o velikosti
Merkuru, některé se spojily do větších celků, jiné byly
vypuzeny na okraj Sluneční soustavy• složení: převážně Fe, Ni, Al a křemičitany• tyto prvky tvořily pouze 0,5% sluneční mlhoviny ->
omezení velikosti a počtu terestrických planet
Terestrické planety
Vznik
• během 108 let srážek zárodků vznikly terestrické planety na eliptických drahách• dráhy se stabilizovaly dalšími srážkami s planetesimálami
a jinými zárodky a přešly na téměř kruhové• terestrické planety příliš nemigrovaly
Terestrické planety
Dráhy
• planety byly dále vystaveny intenzivnímu bombardování• střety s tělesy o hmotnosti až ¼ planety• vznik obrovského množství tepla, roztavení hornin, dnes
diferenciovaná geologická stavba
• odpařila se voda, CO2 a jiné plyny -> vznikly primární
atmosféry• impaktující tělesa dopravila na planety další vodu
Terestrické planety
Primární atmosféry
• vývojově mladší• vytvořeny geologickými, chemickými a u Země i
biologickými pochody (sinice začaly před cca 2,7 až 2,2
Ga produkovat první kyslík)
• existence atmosféry obecně je závislá na gravitaci a
teplotě• malá gravitace či velká teplota mají za následek její ztrátu
Terestrické planety
Sekundární atmosféry
• v planetárním plynném obalu mohou probíhat následující
reakce
• v případě ztráty vodíku se rovnováha přesouvá doprava,
vzniká oxidační atmosféra • naopak, je-li vodíku dostatek, vzniká atmosféra redukční
Terestrické planety
Atmosféra primární či sekundární?
26423
24
222
282
2222
223
224
1264
2
88
32
32
3
HOPOHPH
HCCH
HCOOHCO
HSSH
HSOOHSH
HNNH
HCOOHCH
• Jupiter, Saturn, Uran a Neptun• tvoří 99% hmotnosti všech těles obíhajících kolem Slunce• vznikli v období 106 až 107 roků• zrod ve vnějších částech Sluneční soustavy, zde hojnost
vodíku, helia a jednoduchých sloučenin s nízkou teplotou
tání
• zárodky planet od jednotek do desítek MZ, zbytek
hmotnosti gravitací zachycený plyn• všechny planety vznikli poblíž hranice ledu, poté migrovali• Uran a Neptun se pravděpodobně prohodili
Plynní obři
Vznik
• s hloubkou atmosféry roste tlak, plyn přechází v aerosol a
následně v kapalinu až po extrémně stlačený ionizovaný
vodík kolem kamenného jádra – vodík má vlastnosti kovu
• viditelná část atmosféry sahá do hloubky cca 1000 km• rychlost proudění určujeme vůči magnetickému poli
Plynní obři
Složení
• Hillova sféra – oblast sférického tvaru, v níž má dané
těleso dominantní gravitační vliv na pohyb těles menších• co je uvnitř může být zachyceno• všechny dlouhodobě stabilní dráhy se nachází uvnitř
Hillovy sféry• kolem Země sféra o poloměru cca 1,5 milionu km
• Rocheova mez – minimální vzdálenost měsíce od planety,
ve které ještě nebude roztrháno jejími slapovými silami• Země 18 500 km• Jupiter 175 000 km• Saturn 150 000 km
Měsíce planet
Podmínky existence
• 1974 sonda Mariner 10• 14. ledna 2008 sonda Messenger
• velká hustota, na svůj průměr velké kovové jádro• dříve byl srovnatelný se Zemí, ale blízkost Slunce
postupně obrousila horní vrstvy
• teplota povrchu – 430 °C přivrácená strana, -180 °C
odvrácená• Slunce oběhne za 88 dnů, kolem osy se otočí za 58,5 dne
• impaktní pánev Caloris Planitia (průměr 1550 km)
Planety II
Merkur
• sonda Veněra 9 – říjen 1975• sonda Magelan
• teplota povrchu 465 °C – skleníkový efekt• oběh kolem Slunce – 255 dnů• oběh kolem osy – 243 dnů retrográdně
• atmosféra z 96,5 % CO2
• tlak při povrchu 100x větší než na Zemi
Planety II
Venuše
• vznik 50 Ma po Slunci• před 4,5 Ga diferenciace kovového jádra a křemičitanového pláště
• konec pozdního intenzivního bombardování – před 3,8 Ga• nejstarší stopy života – mikrofosílie staré 3,5 Ga
• kapalná voda
• jediná známá planeta s deskovou tektonikou – důležité pro vznik života
Planety II
Země
• Rayleighův rozptyl
• všechny barvy, v modré pouze maximum, má nejkratší vlnovou délku
• meteoroid, meteor, meteorit
Země
Modrá obloha Země
• Beringerův kráter – průměr 1200 m, hloubka 150 m• vznikl dopadem meteoritu před cca 50000 lety
• pozdní intenzivní bombardování (před 3,85 Ga) – cca
40 kráterů o průměru 1000 km, několik pánví o průměru
5000 km -> dokonalá sterilizace planety
• Chicxulub – průměr 180 až 300 km, stáří (65,0 ± 0,2) Ma,
impaktor 10 km
• po srážce Zěme s tělesem o velikosti Marsu 30 až 100 milionů let po vzniku Slunce byl vytvořen Měsíc
Země
Krátery na Zemi
• Měsíc má vázanou rotaci se Zemí, ale díky libraci
(pohupování) můžeme sledovat až 60 % jeho povrchu• tmavá místa – měsíční moře, světlá – měsíční pevnina• nejsnáze pozorovatelným kosmickým objektem• jediné těleso, na kterém lze pouhým okem pozorovat povrchové útvary• poměrově je největším měsícem ve Sluneční soustavě• zatmění
• struktura:- tlustá kůra – 45 km- pevná litosféra – 1000 km- těžiště posunuto o 2 km od středu
Země
Měsíc
• terminátor – předel světla a stínu
• kráter Tycho (průměr 85 km), Koperník (93 km, stáří 810 Ma) a další• pánev Orientale (průměr 930 km), Imbrium (1160), Serenitalis, Nectaris, Crisium
• 15 výzkumných programů, nejvýznamnější Apollo
(1967 – 1972)
• měsíční prach
Měsíc
Útvary na povrchu
• sonda Mariner 9 – objev gigantických sopek• nejaktuálnější výzkum – rovery Spirit a Opportunity a laboratoř Phoenix
• teploty -140 až + 20 °C• tlak při povrchu 100x nižší než na Zemi• atmosféra z 95,3 % CO2
• spousta malých vírů v atmosféře planety – derviši • celoplanetární prachové bouře
• výrazný vliv střídání ročních období – vymrzá až ¼ atmosféry -> expanze polárních čepiček
Planety II
Mars
• Olympus Mons – výška 21 171 m, největší sopka Sluneční
soustavy, aktivní ještě před 2,4 Ma• impaktní pánev Hellas (průměr 2300 km)• gigantický systém údolí Valles Marineris – délka přes
4000 km
• dříve kapalná voda, globální záplavy (údolí Ares Vallis – délka 1700 km, Kasei Valles – délka 3200 km, šířka 500 km, hloubka 2,9 km)• průtok vody až 109 m3 za sekundu (Gibraltar jen 60 milionů m3 za s)
Mars
Povrch
• již vychladlé jádro -> mrtvá planeta
• má dva malé měsíce – Phobos a Deimos (Děs a Hrůza)
pravděpodobně pochází z vnějšího okraje hlavního pásu
planetek• Phobos obíhá Mars retrográdně
Zajímavosti Sluneční soustavy
Mars
• největší planeta Sluneční soustavy• vzniknul nesmírně rychle• nachází se nejblíže za hranicí ledu, zde více materiálu
který se intenzivně spojoval ve větší části, větší množství
planetesimál• plyn (H, He) nakumulován kolem kamenného jádra o
hmotnosti 10 až 15 MZ
• silně ovlivňuje své okolí – planetesimály pohlcuje i
vystřeluje na okraj nebo pryč ze Sluneční soustavy
Planety II
Jupiter
• vnitřní struktura:
- kamenné jádro o poloměru 7500 km
- kovový vodík 40000 km
- molekulární vodík 20000 km- atmosféra 1000 km
• složení atmosféry – 85 % H2, 14 % He• nápadné pásy – světlejší teplé oblasti, tmavší chladnější• velká rudá skvrna – první pozorování již z roku 1660
Cassini, 12 x 20 tisíc km, obří tlaková výše (anticyklóna)
• rychlost proudění až 600 km/h
Jupiter
Struktura
• sondy Voyager 1, Galileo, New Horizons• 7. března 1610 objevil Galileo čtyři nejnápadnější měsíce
Ió, Europa, Ganymed, Kallistó• s rostoucí vzdáleností od mateřské planety hustota měsíců• klesá• Ió – průměr 3630 km, vulkanicky nejaktivnější těleso
Sluneční soustavy (díky slapovým silám Jupitera), 100 m
nového povrchu za milion let (na Zemi za 80 Ma), výška
lávových výronů 350 km• Europa – ledový svět• Kallistó – impaktní pánev Valhalla (průměr 1900 km)
Jupiter
Jupiterovy měsíce
• vznikl pravděpodobně 7 AU od Slunce• při gravitačních interakcích s okolím se zmenšovala
rychlost oběhu a začal se spirálovitě přibližovat Slunci• dnes vzdálen 5 AU od Slunce• při migraci vznikaly oběžné rezonance a řada planetesimál
byla vypuzena do vnějších částí Sluneční soustavy, kde
vytvořily Oortův oblak (až 99 %)• tento jev způsobil i pozní masivní bombardování
Jupiter
Migrace Jupitera
• vznikl poblíž Jupitera, dnes vzdálen 9,5 AU od Slunce• dnes rezonance s Jupiterem 5:2, dříve během vývoje 2:1,
což mělo podstatný vliv na vypuzení planetesimál na okraj
Sluneční soustavy
• obdařen největším prstencem ve Sluneční soustavě• prstenec rozdělen: A, Cassiniho dělení, B, C, D, E, F, G• velikost částic 0,01 – 1 m
• atmosféra – 96 % H2, 3,5 % He
• rychlost atmosférického proudění až 1800 km/h
Planety II
Saturn
• sonda Cassini
• Titan – největší Saturnův měsíc, průměr 5150 km• přistálo zde pouzdro Huygens• má hustou atmosféru, kapalnou vodu zde zastupuje směs
metanu, etanu a dusíkatých sloučenin
• Enceladus – průměr 504 km• jev kryovulkanismu – gejzíry až 100m vysoké
• má atmosféru – 91% vodní pára, 4% N, 3,2% CO2,
1,7% CH4
Saturn
Měsíce
• v roce 1986 sonda Voyager 2
• velký planetární zárodek (až 20 MZ) – podobně i Neptun
• pozdější vývoj -> méně plynného materiálu, jedná se tedy
spíše o ledové obry
• atmosféra – 83 % H2, 15 % He, 2 % CH4
• tloušťka 500 – 1000 km• rychlost proudění v atmosféře až 800 km/h – ne na
rovníku, ale na 60 ° zš
Zajímavosti Sluneční soustavy
Uran
• rotační osa leží v rovině ekliptiky, Uran se tedy „valí“ po
své dráze
• největší měsíc – Titania, průměr 1600 km
• měsíc Miranda – sonda Voyager 2 v lednu 1986, útvar Circus maximus• měsíc dříve rozbit, ale fragmenty se opět poskládaly
Zajímavosti Sluneční soustavy
Uran
• opět sonda Voyager 2, ale v roce 1989• atmosféra má mocnost 500 – 1000 km, mnohem živější• rychlost proudění až 2400 km/h• modré zbarvení díky metanu
• atmosféra je složena z 80 % H2, 19% He a 1% CH4
• největší měsíc Triton – jediný velký zachycený měsíc,
pochází pravděpodobně z Kuiperova pásu• hmotnost 1,6 x větší než Pluto• průměr 2700 km, retrográdní rotace
Planety II
Neptun
• planetky typu Aten• planetky typu Apollo• planetky typu Amor
• perihel blíže než 1,3 AU od Slunce
• odhadem 500 až 1000 objektů s průměrem větším než
1 km• celkem pozorováno 5857 objektů
• první objev 13. 8. 1898 Witt – Eros • největší objekt Ganymed – průměr 32 km
Menší tělesa
Blízkozemní planetky
SQ > 0,9833 AU
Aten
q < 0,1,0167 AU
S
Apollo
0,0167 AU < q > 1,3 AU
S Q > 0,1,0167 AU
Amor
• oblast vzdálená 3 AU od Slunce mezi Marsem a Jupiterem• planetky vznikly 4 Ma po Slunci
• chybí zde hmotnější těleso• celková hmotnost planetek netvoří ani 5 % hmotnosti
Měsíce• nedostatek materiálu postihl i Mars• na vině je Jupiter, svým působením silně zredukoval
materiál v této oblasti (důkaz rychlého vzniku Jupitera)• Kirkwoodovy mezery
Menší tělesa
Planetky hlavního pásu
• první objev 1. 1. 1801 Piazzi – Ceres• je i největším objektem, průměr 975 km – limit pro sférický tvar
• pozorované množství 440 000• Pallas, Juno, Vesta, …• planetka Ida s měsícem Dactyl
Planetky hlavního pásu
Zástupci
• na dráze Jupitera – Trojané a Řekové• první objev 1906 Wolfi – Achilles • největší známý objekt Hektor – 370 x 195 km• pozorované množství 2900
• za drahou Jupitera – Kentauři a Objekty rozptýleného
disku• napůl planetka, napůl kometa• první objev 31.10. 1920 Baade – Hidalgo• největší známý objekt Eris, průměr 1300 km• pozorované množství 242
Menší tělesa
Jupiterova rodina planetek
Trojané
Řekové
• objekty Edgeworthova-Kuiperova disku (Kuiperův pás)• 200x hmotnější než hlavní pás planetek• tělesa v rezonančních oblastech Neptuna• první objev 18. 2. 1930 Tombaugh – Pluto, průměr
1212 km• největší známý objekt – Makemake, průměr 1900 km
• objekty Oortova oblaku• obrovská „zásobárna“ komet
Menší tělesa
Transneptunická tělesa
• objev 14. 11. 2003
• Sedna je eskymácká bohyně moří, žijící dle legendy
hluboko v Arktických vodách
• průměr 1200 až 1800 km
• výrazně excentrická dráha – perihel 76 AU (nejbližší roku
2076), afel 975,5 AU
• nejvzdálenější detekovaný objekt Sluneční soustavy
Menší tělesa
Sedna
Děkuji za pozornost
• Velké poděkování patří Mgr. Pavlu Gabzdylovi a Mgr. Janu• Píšalovi za poskytnutí materiálů ze kterých jsem čerpal.
• www.google.com
• www.wikipedia.com
• www.astronomie.cz
• www.hvezdarna.cz
Zajímavosti Sluneční soustavy
Použité prameny
• ISS- 26.6.: 3h 39m 37s, jihozápad- 27.6.: 4h 03m 46s, západojihozápad- 28.6.: 2h 55m 00s, jihozápad- 29.6.: 3h 18m 19s, západojihozápad- 30.6.: 2h 10m 07s, jih
• Iridium: - 27.6: 23h 28m 13s, severoseverovýchod, 12 °- 1.7.: 2h 58m 01s, západoseverozápad, 42 °- 1.7.: 23h 15m 23s, severoseverovýchod, 20 °- 3.7.: 4h 32m 07s, západ, 70 °
Bonus
Předpověď na nejbližší noci
• Merkur je vidět ráno nízko nad východním obzorem• Venuše je vidět ráno před východem Slunce • Mars (+1.1 mag) je vidět ráno nízko nad obzorem • Mars se 22. června přiblížil na 2° k Venuši • Jupiter (-2.5 mag) vychází před půlnocí a je v Kozorohovi • Saturn (+1 mag) i se svými nyní úzkými prstenci je vidět
večer v souhvězdí Lva • Uran je ráno ve Vodnářovi • Neptun je v Kozorohovi
Bonus
Předpověď na nejbližší noci