Układ Słoneczny cz. 2 .

2014-12-20
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
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
1
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
2
Odkrycie małych planet
Odległości planet od Słońca
Reguła Tytusa Bodego z lat 1766-72
k
aTB
aObs
(jed. astr.)
Mercury
0
0.4
0.39
Venus
1
0.7
0.72
Earth
2
1.0
1.00
Mars
1.52
4
1.6
?
8
2.8
?
Jupiter
16
5.2
5.20
Saturn
32
10.0
9.54
Uranus
64
19.6
19.2
38.8
30.06
Neptune 128
2014-12-20
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)‫‏‬
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
3
2014-12-20
1801 Ceres 1000km
1802 Pallas 580km
1804 Vesta 520km
1806 Juno 300km
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
4
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
2014-12-20
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
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
6
1
2014-12-20
Pas planetoid.
Miliony obiektów
o rozmiarach
od 1000 km – 1m …
Materiał pozostały
po nieutworzonej
planecie
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
7
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
8
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
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
9
2005 YU55 (300-400 m średnica)
2014-12-20
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
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
12
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
13
2
2014-12-20
Misja ‘Near’
do planetki
433 Eros
Lądowanie na Erosie 12.02.2001
Start 17.02.1996
Kometa Mc’ Naught, 27.01.2007
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
14
2014-12-20
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
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
17
Ruch komety wokół Słońca
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
18
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.
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
20
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
Fizyczna aktywność
jądra komety
21
3
2014-12-20
Sonda Rosetta – osadzenie próbnika Philae
na komecie 67P/Czuriumow-Gierasimienko
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
Sonda Rosetta – osadzenie próbnika Philae na komecie 67/P
2 km
22
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
23
Rozpad komet i planetoid
Kometa 67/P
73P/Schwassmann 3
1/P Halley
Cele misji:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
wygląd jądra komety,
morfologia powierzchni,
skład jądra: chemia,
skład izotopowy,
skład mineralogiczny,
własności fizyczne,
aktywność jądra.
C/1999 S4
Symulacja zderzenia dwóch małych planet
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
24
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
25
Meteoryty
Spadek meteorytu Peekskill H6
• ~10 meteorytów, dla których wyznaczono
ich orbity
• 1000 meteorytów znaleziono obserwując
ich spadek (obs. wizualna, przypadkowa),
• znacznie więcej znajduje się w muzeach,
kolekcjach prywatnych.
1992, październik 9, 23:48 UT
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
Zbieranie meteorytów na Antarktydzie
26
26
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
27
4
2014-12-20
Podział meteorytów
Podział meteorytów
Wiele meteorytów kamiennych zawiera sferyczne
milimetrowe inkluzje zwane chondrami, występujące
wyłącznie w meteorytach.
Takie meteoryty nazywane są chondrytami.
Do najważniejszych typów należą meteoryty:
Chondry prawdopodobnie powstały drogą kondensacji materiału
w mgławicy słonecznej. Jednak w przeszłości mogły ulec parokrotnemu
nagrzaniu a nawet stopieniu. Ale nie doznały zmian metamorficznych
przekształcających je w struktury znane pośród skał ziemskich.
• żelazne; zwykle w 100% z metali (żelazo, nikiel),
• kamienne; składają się z kamieni z niewielkim
dodatkiem żelaza,
Figury Widmanstaettena
w meteorytch
żelaznych
• żelazo-kamienne; mieszanina kamieni, metali
w różnych proporcjach
Uważa się, że meteoryty kamienne składają się
na płaszcz i skorupę planet ziemskich.
2014-12-20
Szczególne znaczenie mają chondryty węgliste
zawierające dużo węgla, do 4%. Stanowią klasę
meteorytów najbardziej zbliżonych do ciał
powstałych w wyniku akrecji materii w mgławicy
słonecznej.
Achondryty są to meteoryty kamienne nie zawierające chondr. Doznały
przemian metamorficznych, zawierają mniej żelaza.
Są w pełni skrystalizowane jak skały ziemskie.
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
28
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
29
Deszcz meteorytów żelaznych
w Canyon Diablo
Liczba planetek typu NEA odkrytych
w latach 1980 - 2011
Krater Barringera k. Winslow w USA
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
30
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
31
Large -> o rozmiarach 1 km i więcej
Eksplozja Tunguska
39%
60 55 N, 101 57 E
4%
<<1%
Rok 1908, czerwiec 30
87%
Rozkład średnic planetek typu NEA
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
32
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
34
5
2014-12-20
Superbolid czelabiński 2013.02.15 3:20 UTC
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
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
2014-12-20
S. czelabiński
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
35
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
36
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.


2014-12-20
Światło zodiakalne świadczy o obecności pyłu w Układzie Słonecznym
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
Pył międzygwiazdowy w otoczeniu
płaszczyzny Galaktyki
37
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
38
Przykłady ziaren międzyplanetarnego pyłu
Zodiakalny pył w otoczeniu
płaszczyzny ekliptyki
Pył pochodzenia kometarnego?
COBE/DIRBE - obraz nieba w podczerwieni
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
39
39
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
40
6
2014-12-20
Los komet
Spadek komet
na Słońce
Część komet
ulega rozpadowi.
Średnica tarczy
Słońca
Przyczyną są procesy
fizyko-chemiczne
w jądrze komety
2006, rozpad komety
Schwassman-Wachmann 3
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
41
Spadek komety na Słońce
Komety
2014-12-20
Fotografia wykonana przez
koronograf sondy SOHO
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
42
Zderzenia komet z planetami
Fragmenty komety Shoemaker-Levi po ciasnym zbliżeniu z Jowiszem
Rok 1994.
Ślady na Jowiszu po zderzeniu
z fragmentami komety
Shoemaker-Levi.
O jedną kometę mniej
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
43
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
44
Planety
„Wyrzut” komety z Układu Słonecznego
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
Część komet opuszcza US po zmianie orbity eliptycznej
na hiperboliczną
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
45
7
2014-12-20
Porównanie rozmiarów ciał Układu Słonecznego
Porównanie rozmiarów
ciał Układu Słonecznego
Układ Planetarny –
orbity niemal kołowe
Porównanie planet ziemskich: Wenus, Ziemi i Marsa
Planety olbrzymy
Planety ziemskie
Układ Planetarny jest płaski
Niewielkie wzajemne nachylenia orbit
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
50
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
51
Mars: 3.9 mld lat temu występowanie ciekłej wody
Wenus, Ziemia
i Mars



Mają podobną początkową historię
Powstały ~4.6 mld lat temu w wyniku zderzeń (sklejania się)
składowej pyłowej mgławicy słonecznej
po wielkim bombardowaniu (4 mld lat temu) pierwotna powłoka
gazowa pochodzenia wulkanicznego i kometarnego uległa
zróżnicowaniu na:
- atmosferę składającą się głównie z CO2
- i na ocean wypełniony w większości H2O
Świadczą o tym


Dalsza historia tych planet przebiegała odmiennie.
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi

52
2014-12-20
miejsca gdzie były kiedyś oceany,
doliny rzeczne,
pochodzenie niektórych minerałów
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
53
8
2014-12-20
Mars: występowanie ciekłej wody dzisiaj?
Mars
Pod koniec Wielkiego Bombardowania Mars:

ochłodził się – powód? zmiana orbity (??),

ustaje tektonika płyt,

pochłanianie CO2,

sublimacja i fotoliza H2O,

pochłanianie O2 – tlenki żelaza (kolor czerwony)
Woda w postaci stałej:

pod czapami polarnymi, w kraterach?

w warstwie przygruntowej (spękania na
powierzchni (dnie) oceanów
Wizja artystyczna!
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
54
Mars dzisiaj
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
55
Wenus
Atmosfera Marsa:





Po Wielkim Bombardowaniu:

ogrzanie powierzchni – efekt cieplarniany CO2,

wyparowanie wody, fotoliza wody na H2 i O2,
H2 osiągają II-szybkość kosmiczną – ucieczka z Wenus

wnętrze planety szybko stygnie: brak magnetosfery i
tektoniki płyt.
P= 6 hPa, T= -63oC
CO2 – 95.3%
N2 – 2.7%
CO – 11.8%
H2O – 0.003%
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
56
Wenus dzisiaj
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
57
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
59
Ziemia dzisiaj
Atmosfera Ziemi:





Atmosfera Wenus:







P= 0.1 MPa, T= 0oC
N2 – 78%
O2 – 21%
Ar – 1%
CO2 – 0.04%
H2O – 0.4%
P= 9.2 MPa, T= 470oC
CO2 – 96.5%
N2 – 3.5%
SO2 – 0.015%
H2O – 0.002%
występują gęste chmury zawierające H2SO4
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
58
2014-12-20
9
2014-12-20
Względne rozmiary atmosfery i warstwy powierzchniowej,
w których może żyć człowiek – dygresja
Szczególne cechy planety Ziemi
1. Jedynie na Ziemi w obfitości występuje woda w postaci ciekłej
i stałej.
2. Jako jedyna posiada atmosferę bogatą w tlen.
3. Jedyna planeta z rozległymi obszarami skał bogatych w krzem
(granit).
4. Jedyna z planet ziemskich posiadająca silne pole magnetyczne.
5. Jako jedyna z planet posiada szczególny ruch płyt litosferycznych.
W wyniku tej tektoniki na Ziemi doszło do utworzenia tzw.
dwu-modalnego rozkładu wysokościowego.
Powierzchnie lądów są usytuowane wyraźnie wyżej od
powierzchni dna oceanów. Takiej separacji nie widzimy na innych
planetach.
6. Jako jedyna z planet ziemskich posiada dużych rozmiarów
Księżyc.
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
Równikowy promień Ziemi
Wysokość atmosfery
Głębokość pod powierzchnią
R=6370.140 km
T=20 km
L=3 km
Ziemia w skali pomarańczy o r=5 cm
W tej skali warstwa, w której może
żyć człowiek ma grubość
TLP 
T L
 r  0.02 cm
R
60
61
Koniec cz.2
2014-12-20
T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
62
10