PDF-slides Zonnestelsel

De planeten
(veel informatie uit Calvin J. Hamilton’s
‘Views of the Solar System’:
http://solarviews.com)
Algemeen
• 99.86% van de massa zit in de zon
• plat systeem, bijna alles draait tegen de klok (gezien
vanuit Noorden)
– Planeten om Zon, manen om planeten
• baan van Neptunus heeft straal ~ 30AU
– (cf. naastbijzijnde ster op 260.000 AU)
• aswenteling van planeten ‘direct’ (met baan mee)
– Mercurius, Venus langzaam (getijden)
– Uranus ~90° geheld
• verdere ‘bewoners’:
– Planetoiden (voornamelijkl. tussen Mars en Jupiter)
– Kuipergordel (voorbij Neptunus, o.a. Pluto)
– Kometen (zeer ver weg, excentrische banen)
Twee families planeten
• aardachtige planeten
– Dichtheden ~ 5000 kg/m3
– Rotsachtig
– In binnendelen van zonnestelsel
• reuzenplaneten
– Dichtheden ~ 1000 kg/m3
– Vloeibare, rotsachtige kern (?)
– Dichte atmosfeer CH4, NH3, H2
– Ringen, manen
– In buitendelen van zonnestelsel
Temperatuur op een planeet
•
thermisch evenwicht:
•
wet van Stefan-Bolzmann:
•
planeet ontvangt per seconde: σ (π rplaneet2 / 4π Rbaan2) Tzon4 4π rzon2 9 (1-a)
•
planeet straalt uit per seconde:
•
dus
•
Mercurius: Rbaan= 0.39 AU (rzon= 0.0044AU, Tzon= 5770K) ⇒ T = 430 K
•
Aarde:
•
Neptunus: Rbaan= 30AU
•
effect samenstelling dampkring: lichte moleculen ontwijken bij hoge T
energie in = energie uit
(zon)
(warmtestraling)
stralingsenergie/s = σ T4£ oppervlakte
σ Tplaneet4 4π rplaneet2
Tplaneet=(rzon/2Rbaan)1/2 Tzon (1-a)1/4
Rbaan= 1AU
⇒ T = 270 K
⇒ T = 50 K
Albedo a
• niet alle straling wordt geabsorbeerd
• fractie die wordt gereflecteerd=`albedo’
• hoger albedo → kouder
– Terugkoppeling: ijsoppervlak reflecteert,
blijft dus koud
• lager albedo → warmer
– broeikaseffect: CO2 atmosfeer houdt
warmte binnen
Moleculen in atmosfeer
• als gemiddelde snelheid van moleculen > vescape/10,
ontsnapt gas geleidelijk naar de ruimte
Molec. massa
• limiet is
Cte. Van Boltzmann k=1.38×10-23 J/K
• Aarde: vescape= 11 km/s, T ~ 300 K
stabiel als m > 3kT/(0.1vescape)2 = 10-26kg ~ 6 mproton.
dus H2 en He vervliegen
• Jupiter: vescape × 5, T / 2: ook H2 blijft!
• Maan:
vescape / 5: tot ~150mproton (alles) vervliegt
Mercurius
• heet, kleine massa:
– geen atmosfeer
• veel kraters
• nabij Zon:
– getijdewerking 2:1
– 1 dag = 2/3 jaar
• grote ijzerkern, zwak magneetveld
• tekenen van inkrimping tijdens
vorming
Venus
• dikke wolkenlaag
– giftige atmosfeer, erg heet (500± C)
– extreem broeikaseffect
• oppervlak bekeken met radar (Magellan 1995)
– geen kleine kraters (atmosfeer), wel grote lavastromen
Aarde/Maan
• atmosfeer + vloeibaar water ⇒ leven,
evolutie
• sterk magneetveld
– dynamo in gesmolten ijzerkern?
• relatief grote maan
– stabilizeert de spin-as! stabiel klimaat
• tekenen van rijke inslag-geschiedenis
• vulkanisch
Manicouagan impact structure
(Canada) 100km, 200Mjr oud
Zons/maansverduisteringen
• Maan en Zon even groot aan de hemel
• dus Maan kan Zon juist bedekken
• banen Maan en Aarde niet rond
– hoekafmetingen Zon en Maan veranderen
een beetje
– 3 okt 2005: ringvormige zonsverduistering
Ringvormig Totale
Zonsverduistering 3/10/2005
Schaduw van de Maan, augustus 1999
Inslagen op aarde
• ‘near-earth asteroids’, ook
wel `earthcrossers'
– Bijv ‘Toutatis’ (enkele km)
•
•
•
•
kouder dan de Aarde, maar geologisch gelijkaardig
veel winderosie, vroeger ook water
vroeger vulkanisch
twee kleine maantjes (Phobos en Deimos)
Mars
Mars
•
•
•
•
kouder dan Aarde, maar geologisch gelijkaardig
veel winderosie, vroeger ook water
vroeger vulkanisch
twee kleine maantjes (Phobos en Deimos)
Eclipsen op Mars
Planetoiden
• banen tussen die van Mars en Jupiter
• 1000’en objecten, samen massa van de Maan
• vier dwergplaneten, Ceres, Pallas,
Vesta, Juno. Grootste is Ceres,
466 km diameter
• sommige kruisen (soms zelfs
snijdenonze baan
• Andere families:
Trojanen in baan van Jupiter
• Kuipergordel ligt buiten Neptunus
Planetoiden
Ida en Dactyl
Planetoiden
• landing van NEAR
(Shoemaker) op `Eros’
Feb 2001
1200m
700m
250m
120m
•
grootste planeet ~ 0.001 Mzon
•
•
•
•
•
draait om as in 10 uur
sterk magneetveld
aktief weer
grote manen
fijn ringensysteem
Jupiter
Inslag van SL-9 op Jupiter
• Komeet Shoemaker-Levy 9
– uiteengereten door getijdeveld van Jupiter
bij eerdere passage
– reeks inslagen op Jupiter in 1994
Manen van Jupiter
•
grote verschillen
Amalthea, Io, Europa
•
kleine ingevangen
planetoiden
Ganymedes, Callisto
•
grote `echte’
manen
•
getijdewerking
belangrijk
•
samenstelling
verschilt
Io
• dichtst bij Jupiter
gebonden aswenteling
• zeer vulkanisch:
zwavelgeysers
• getijdewisselwerking
Jupiter en Europa
houden maan heet
• oppervlak van ijs, daaronder
wellicht vloeibare zee
• geen dampkring
• ijsschotsen
Europa
• oppervlak van ijs, daaronder
wellicht vloeibare zee
• geen dampkring
• ijsschotsen
Europa
Saturnus
• kleiner, kouder
dan Jupiter
• maansysteem
• ringen!
Ringen
Gat van Cassini
‘spaken’ (magne
etveld)
resonanties met
maanbanen
geven de fijne
struktuur
Titan
• dichte atmosfeer
• fossiele versie van jonge
Aarde?
• afdaling door Huygens in
januari 2005
Titan
• methaan-sneeuw
• kustlijn meer
of binnenzee
Hyperion
• prachtige
beelden van
CassiniHuygens
missie!
Enceladus
• geologisch
aktief: grote
gebieden
zonder kraters
Uranus
Herdermaantjes
• houden ringen
dun en intact
Ariel
• Kraters + tekenen
van vloeistof
– niet water: veel te
koud
– waarschijnlijk
NH3, CH4, CO
Neptunus
• temperatuur ~100 K
• atmosfeer H2, He
• toch nog weer!
• windsnelheden tot
2000 km/u, storm zo
groot als Aarde
• verandert in enkele
uren
Triton
• retrograde baan om Neptunus
• ongewoon hoge dichtheid: rotsen ipv ijs
• Ingevangen
samen met
Pluto?
• atmosfeer,
geysers
Pluto/Charon
• excentrische, gehelde baan om de Zon
• 39 AU baan
• ingevangen
• 2300km diameter
• 1300km diameter
Kuipergordel
• schijfvormige
verdeling van kleine
‘planeetjes’. ~1000
met diameter
~100km.
• laatste jaren
verschillende grote
ontdekt!
– Brown, Trujillo,
Rabinowitz
• Quaoar (2002)
(1250km diam /
42AU baan)
Kuipergordel
• 2004DW
• ~1600km
diameter
• 45AU
baan
Kuipergordel
• Sedna (2004)
• baan reikt van
76 tot 950 AU!
(nu ~90 AU)
• P = 11000 jaar
• ~1800 km diam
Kuipergordel
• Eris (2005) + Dysnomia (maantje)
• groter dan Pluto: ‘10e planeet’
• baan 38-97 AU ( P = 557 jr), helling 44o
– (nu verder dan Sedna)
• Diameter 2600 km: (cf. Pluto: 2250km)
aanvankelijk onzeker, en slechts geschat:
– 2860km (albedo 60%, als Pluto)
– 2330km (albedo 90%, als verse sneeuw)
• 2003 EL61
2005 FY9 (2005)
– 3/4 Pluto; banen
tot 252
AU van zon
Heeft
maantjes!
Kometen
• vluchtig, verdampen
deels wanneer ze bij de
Zon komen
• erg excentrische banen,
komen uit Oort wolk op
1000’en AU
• worden regelmatig
opgeslokt door zon of
jupiter (gelukkig!)
Kometen
QuickTimeﾪ and a
YUV420 codec decompressor
are needed to see this picture.
(SOHO
satelliet)
QuickTimeﾪ and a
YUV420 codec decompressor
are needed to see this picture.
Kometen
• DEEP IMPACT missie
naar Komeet Tempel
1km
Exoplaneten
kleine, snelle banen
• planeten rond andere sterren
– >200 gevonden, incl 3-planetenstelsels!
– Nu: detectie dmv baanbeweging van ster:
• Ster maakt baan van straal m/M x planeetbaan
• Baansnelheid m/M x planeetbaansnelheid
• m/M=1/1000, v = 30 km/s ⇒ 30 m/s
(Jupiter op aardbaan)
– Toekomst: astrometrische technieken:
direkte meting van de baanbeweging van
de ster
Grote, trage banen