Układ Słoneczny cz. 2 .

2013-12-18
Układ Słoneczny
Fizyka i Chemia
Ziemi
Układ Słoneczny stanowią:
Układ Planetarny
Słońce,

planety,

Obłok Oorta (komety)

Pas Kuipera (planety karłowate … ),

Pas planetoid (planeta karłowata …),

małe ciała:
 planetki, (planetoidy),
 komety.
 meteoroidy,

pył i gaz międzyplanetarny.


Układ Słoneczny cz. 2
T.J. Jopek
[email protected]
IOA UAM
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
1
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
2
Odkrycie małych planet
Odległości planet od Słońca
Reguła Tytusa Bodego z lat 1766-72
k
aTB
(jed. astr.)
aObs
Merkury
0
0.4
0.39
Wenus
1
0.7
0.72
Ziemia
2
1.0
1.00
Mars
4
1.6
1.52
?
8
2.8
?
Jowisz
16
5.2
5.20
Saturn
32
10.0
9.54
Uran
64
19.6
19.2
J.D. Titus
J.E. Bode
Reguła T-B ma m.in. postać:
Ceres odkryta 1 stycznia 1801 w Palermo
aTB = 0.4+ 0.3 k
aTB - średnia odległość planety od Słońca
Giuseppe Piazzi OCR
(1746-1826)‫‏‬
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
3
2013-12-18
1801 Ceres 1000km
1802 Pallas 580km
1804 Vesta 520km
1806 Juno 300km
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
4
1
2013-12-18
Odległości planet od Słońca
Reguła Tytusa Bodego z lat 1766-72
k
aTB
(jed. astr.)
aObs
Merkury
0
0.4
0.39
Wenus
1
0.7
0.72
Ziemia
2
1.0
1.00
Mars
4
1.6
1.52
Ceres1
8
2.8
2.77
Jowisz
16
5.2
5.20
Saturn
32
10.0
9.54
Uran
64
19.6
19.2
Neptun
128
38.8
30.06
2013-12-18
J.D. Titus
J.E. Bode
Ślady małych planet na fotografiach nieba
Reguła T-B ma m.in. postać:
aTB = 0.4+ 0.3 k
aTB - średnia odległość planety od Słońca
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
5
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
6
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
8
Pas planetoid.
Miliony obiektów
o rozmiarach
od 1000 km – 1m …
Materiał pozostały
po nieutworzonej
planecie
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
7
2
2013-12-18
Obiekty typu NEO – Near Earth Objects
Pas małych planet
Orbita Jowisza
Orbita Marsa
Orbita Ziemi
Sun
Obiekty typu NEO
Near-Earth-Object
NEAs
Komety jowiszowe lub
docierające z bardzo
odległych obszarów,
Obłoku Oorta
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
9
2005 YU55 (300-400 m średnica)
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
10
Planetki Ida (31.4 km) i Daktyl (1.4 km) – układ dynamicznie podwójny
2011.11.08 miało miejsce ciasne zbliżenie planetki z Ziemią
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
12
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
13
3
2013-12-18
Misja ‘Near’
do planetoidy
433 Eros
Lądowanie na Erosie 12.02.2001
Start 17.02.1996
Kometa Mc’ Naught, 27.01.2007
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
14
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
16
Budowa komety
Ogon pyłowy
Ogon
gazowy
Otoczka
wodorowa
Jądro komety Wild 2
~ 5 km średnicy
Jądro
Koma
Warkocze - ogony
komety Hale-Bopp
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
17
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
18
4
2013-12-18
Ruch komety wokół Słońca
Fizyko-chemiczny model jądra komety – „brudna śniegowa kula”
ogon gazowy
ogon pyłowy
Autor modelu kometarnego jądra F.L. Whipple.
Komety zawierają drobne krzemowe skały oraz
cząsteczki : głównie H2O i w mniejszej ilości CO2, CO,
OH, CN, amoniak, metan a także związki organiczne.
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
20
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
Fizyczna aktywność
jądra komety
21
Rozpad komet i planetoid
Spadek meteorytu Peekskill H6
73P/Schwassmann 3
1/P Halley
C/1999 S4
1992, październik 9, 23:48 UT
Symulacja zderzenia dwóch małych planet
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
22
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
23
23
5
2013-12-18
Meteoryty
Deszcz meteorytów żelaznych
w Canyon Diablo
Chondry
Chondryt węglisty Allende
(Spadek 1969.02.08)
Krater Barringer k. Winslow w USA
Próbka najmniej przetworzonego
materiału z jakiego powstał
Układ Słoneczny.
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
24
2013-12-18
26
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
25
Liczba planetek typu NEA odkrytych
w latach 1980 - 2011
Rozkład średnic planetek typu NEA
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
Large -> o rozmiarach 1 km i więcej
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
27
6
2013-12-18
Eksplozja Tunguska
60 55 N, 101 57 E
Rok 1908, czerwiec 30
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
28
Superbolid czelabiński 2013.02.15 3:20 UTC
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
Superbolid czelabiński 2013.02.15 3:20 UTC
Samoloty F16, 18 ~Mach 2 – 0.680 km/s
Concorde
Mach 1.8 0.600 km/s
Boeing 747
Mach 0.9 0.310 km/s
V≈17.5 km/sek
D ≈20 m
ρ≈ 3 g/cm3
S. czelabiński
Mach 50
Energia kinetyczna równoważna
460 kT trotylu (TNT) - 20-30 razy
więcej niż ilość energii uwolnionej
podczas eksplozji bomby atomowej
nad Hiroszimą.
Energia ta nie została uwolniona
w jednym momencie. Część
zaabsorbowała atmosfera.
Jezioro Czebarkuł
2013-12-18
29
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
30
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
31
7
2013-12-18
Układ Słoneczny
Droga mleczna
Układ Słoneczny stanowią:
Układ Planetarny
Słońce,

planety,

Obłok Oorta (komety)

Pas Kuipera (planety karłowate … ),

Pas planetoid (planeta karłowata…),

małe ciała:
 planetki,
 komety.
 meteoroidy,

pył i gaz międzyplanetarny.


2013-12-18
Światło zodiakalne świadczy o obecności pyłu w Układzie Słonecznym
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
Pył międzygwiazdowy w otoczeniu
płaszczyzny Galaktyki
32
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
33
Przykłady ziaren międzyplanetarnego pyłu
Zodiakalny pył w otoczeniu
płaszczyzny ekliptyki
Pył pochodzenia kometarnego?
COBE/DIRBE - obraz nieba w podczerwieni
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
34
34
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
35
8
2013-12-18
Mgławica w Orionie, M42.
Przykład materii
obłoku gazu i pyłu...
Rezultat wybuchu
gwiazdy supernowej
Mgławica M42 (Orion A)
Powstanie
Układu
Słonecznego
~5 mld lat temu Słońce, planety, małe ciała
powstały z materii skupionej w pierwotnym
obłoku pyłowo gazowym.
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
36
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
37
Wielkie obłoki molekularne
•
•
•
•
Zimne: < 100 K
Gęste: 102 – 105 H2
molekuł/cm3 (mniej niż w
próżni w laboratoriach)
Olbrzymie: 30 – 300 lyr
105 – 106 mas słońca
Emisja molekularna (CO)
oraz cząstki pyłu
•
100 stopni
© IRAS
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
38
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
39
9
2013-12-18
Narodziny gwiazd
Dysk protoplanetarny
Impulsem do powstania gwiazdy może być:




turbulencja w obłoku molekularnym,
zderzenia fragmentów obłoku,
wybuch pobliskiej supernowej
…
 grawitacja powoduje kurczenie się, materia
porusza się w kierunku centrum protogwiazdy,
 ale nie cała materia obłoku zmierza ku centrum,
zgodnie z zasadą zachowania momentu pędu
szybkość wirowania kurczącego się obłoku rośnie,
 te fragmenty protogwiazdy, które osiągnęły
odpowiednią szybkość „orbitalną” nie będą opadać
ku centrum
W rezultacie w pewnych
miejscach obłoku materia
zaczyna kurczyć się
a następnie wirować.
 pozostaną w niemal stałej odległości od centrum,
formując tzw. dysk protoplanetarny.
Powstaje protogwiazda.
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
40
Struktura dysku protoplanetarnego - protosłońce
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
41
Struktura dysku protoplanetarnego - planetozymale
W obszarach odległych od centrum temperatura nie jest
wysoka. W obszarach złożonych z gazu i ziaren pyłu
łatwo rozpoczyna się proces podobny do tego, który
doprowadził do powstania dysku protoplanetarnego:
W centrum dysku w miarę kurczenia, temperatura wzrasta,
w gorącym centrum powstaje protosłońce a następnie Słońce.
Powstają lokalne wirujące
zagęszczenia materii.
Mikronowe grudki materii zlepiają się,
po ~1000 lat tworzą już obiekty
o rozmiarach 1 m.
Z czasem tworzą się z nich większe
kilometrowe ciała zwane planetozymalami.
Planetozymale łącząc się (zderzenia), stanowiły
budulec planet Układu Słonecznego .
W przypadku Układu Słonecznego wydarzyło się
to ~5 mld lat temu.
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
42
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
Przekrój
meteorytu
Allende
43
10
2013-12-18
Los Układu Słonecznego - komety
Utworzenie planet – etapy pośrednie ….
Część komet
ulega rozpadowi.
Przyczyną są procesy
fizyko-chemiczne
w jądrze komety
2006, rozpad komety
Schwassman-Wachmann 3
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
44
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
45
Zderzenia komet z planetami
Spadek komet
na Słońce
Średnica tarczy
Słońca
Fragmenty komety Shoemaker-Levi po ciasnym zbliżeniu z Jowiszem
Komety
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
Fotografia wykonana przez
sondę SOHO
46
Rok 1994.
Ślady na Jowiszu po zderzeniu
z fragmentami komety
Shoemaker-Levi.
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
47
11
2013-12-18
Przyszłość Układu Słonecznego
„Wyrzut” komety z Układu Słonecznego
Warunki fizyczne na planetach zależą od ewolucji Słońca.
Słońce jest gwiazdą ciągu
głównego typu widmowego G2.
Z upływem czasy będzie
ewoluowało poprzez stadia:





stan gwiazdy stabilnej,
czerwonego olbrzyma,
mgławicy planetarnej,
białego karła,
czarnego karła.
Część komet opuszcza US po zmianie orbity eliptycznej
na hiperboliczną
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
48
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
Przyszłość Układu Słonecznego
Stan obecny potrwa
do 11 Gyr
Planety
Stan czerwonego
pulsującego olbrzyma
T=12.335-12.336 Gyr
2013-12-18
Stan białego
Stan mgławicy
karła
planetarnej
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
49
Planeta
Półoś
wielka
Średnica
Masa
Gęstość
JA
Rok
Merkury
0.387
0.24
Doba
Km
1023 Kg
g/cm3
-
58.65
4878
3.3
5.43
0
Wenus
0.723
0.62
Ziemia
1
1
-243.0
12100
48.7
5.24
0
0.99731
12756
59.8
5.52
Mars
1.524
1.89
1
1.026
6787
6.42
3.93
Jowisz
5.203
11.86
2
0.41
142800
18991
1.33
67
Saturn
9.539
Uran
19.18
29.46
0.44
120660
5686
0.69
53
64.07
-0.72
51118
868
1.27
Neptun
30.06
27
164.82
0.67
49528
1020
1.64
14
Okres
orbitalny
Okres
obrotu
Księżyce
naturalne
50
12
2013-12-18
Porównanie rozmiarów ciał Układu Słonecznego
Porównanie rozmiarów
ciał Układu Słonecznego
Układ Planetarny – klasyfikacja
Nachylenie orbity Merkurego do ekliptyki i=7 stopni.
Orbita Plutona
Orbity planet
Orbita komety
Nachylenia płaszczyzn orbit
ciał w Układzie Słonecznym.
Planety olbrzymy
Planety ziemskie
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
54
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
56
13
2013-12-18
Koniec cz.2
2013-12-18
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
57
14