Gevaar uit de ruimte

Basis Cursus Sterrenkunde
hoofdstuk 3
De planeten
Nog even Kepler
• Eerste wet van Kepler: De planeten bewegen zich
in ellipsbanen, met de zon in een van de
brandpunten van de ellips.
• Tweede wet van Kepler (wet der perken): De
voerstraal van de zon naar een planeet bestrijkt in
gelijke tijden gelijke oppervlaktes
• Derde wet van Kepler (harmonische wet): Voor
de halve lange assen van de ellipsbanen van de
planeten en hun omloopperiodes P geldt :
P2/a3=constant
Newton
• De kracht die twee puntmassa's m en M
op elkaar uitoefenen is evenredig met beide
massa's en omgekeerd evenredig met hun
onderlinge afstand in het kwadraat
F=GmM/r2
G= gravivatieconstante
m=Massa planeet M=massa Zon
F=Zwaartekracht van de Zon op de planeet
r =afstand Zon - Planeet
Kepler en Newton
• De centripetale kracht is in evenwicht met
de Zwaartekracht dus:
mv2/r=GMm/r2
En dus:
v2=GM/r
• De Baansnelheid is natuurlijk gelijk aan de
omtrek van de baan gedeeld door de
omlooptijd (baanperiode P) dus v=2πr/P
v2=4π2r2/P2=GM/r
met wat schuiven krijgen we dan:
4π2/GM=P2/r3
De Planeten
• We maken onderscheid tussen de Aardse
planeten en de Gasreuzen.
• Alle planeten hebben globaal eenzelfde soort
steen-ijzerkern
• De vijf aardachtige objecten in het
binnenste deel van het zonnestelsel zijn
opgebouwd uit de zwaarste materialen die
in het jonge zonnestelsel rond de zon
draaiden: metaal en steen
De Planeten
Bij de vorming konden de gasplaneten (die in
hun prille stadium net zoals de aardse
planeten waren) door hun zwaartekracht de
gassen uit de protoplanetaire nevel
aantrekken en vasthouden. De aardachtige
planeten konden dat niet, omdat er op hun
plaats in het zonnestelsel minder gas was
overgebleven. Ongeveer 1 miljoen jaar na
het ontstaan van de accretieschijf verdreef
de zonnewind het overblijvende gas uit het
zonnestelsel.
De Aardse Planeten
de structuur van deze planeten:
een metalen kern met een stenen mantel.
de korst,
het eigenlijke oppervlak, steen en metaal
van de planeet, door middel van
vulkanisme aan de oppervlakte
gebracht, gassen ontsnapt uit
Mercurius
Mercurius heeft een opvallend grote
metaalkern.
(1800km) Daardoor heeft ze ook een grote
(5,4 g/cm3) massadichtheid, en dus een
grotere zwaartekracht dan men op basis
van de grootte zou verwachten. Ook heeft
Mercurius hierdoor een relatief sterk
magnetisch veld.
Temperatuur zonkant 600 K, schaduwkant
90 K
Mercurius
•
•
•
•
Oud oppervlak
Asrotatie 59 dagen
Jaar 89 dagen
Etmaal 3x59=2x89 dagen
Venus
• Venus en de Aarde hebben een kern die
ongeveer de helft van hun diameter
bedraagt. Ook in andere opzichten
lijken de twee planeten geologisch
gesproken op elkaar: ze hebben allebei
vulkanisme, wat wijst op een vloeibare
mantel.
Venus
• Druk oppervlak 90 atm relatief jong
• 96% CO2 Dus Broeikaseffect T=700K
• Wolken van zwavelzuur windsnelheid
350km/u (aan oppervlak lager)
• Asrotatie 243 dagen retrograad!
• Geen ashoek dus geen seizoenen
• Jaar 224 dagen
• Etmaal ………..
Aarde
• 34,6% IJzer 29,5% Zuurstof 15,2%
Silicium 12,7% Magnesium 2,4% Nikkel
1,9% Sulfide 0,05% Titaan
• Atmosfeer 77% stikstof 21% zuurstof
• Grootste dichtheid
• Platentectoniek
• Labiel broeikasevenwicht
Aarde
•
•
•
•
•
•
Oppervlak 270 K
0- 40 Korst
10- 400 Boven mantel
400- 650 Overgangszone
650-2700 Onder mantel
2700-2890 D'' laag (wordt soms ingedeeld
bij de onderste mantel)
• 2890-5150 Buiten kern
• 5150-6378 Binnen kern 7500 K
Aarde
•
•
•
•
•
•
30% land 70% water (hoog albedo)
Jong oppervlak
12756 km diameter iets afgeplat
Asrotatie 1 dag
Jaar 365 dagen
Tweelichamenstelsel met …..
De Maan
• Aarde-Maan stelsel draait om zwaarte
punt 700km beneden oppervlak Aarde
• Zeer oud oppervlak
• Geen atmosfeer
• Gebonden rotatie 27,3 dagen
• Diameter 3476 km
• Temperatuur 100 K tot 400 K
Aarde-Maan
Getijden, een kwestie van aantrekkingskracht en
centrifugaalkracht
Aarde-Maan
Manen in het zonnestelsel
Mars
• Schiaparelli
• Lowell
• Canali, Gezichtsbedrog, maar
wel veel diepe lange ravijnen
6km diep en 4000km lang
en zeer grote vulkanen 25km
hoog
Mars
• Diameter 6794 km
• Atmosfeer 95% CO2 stikstof en
argon en 0,15% zuurstof
• Druk 7 millibar
• Temperatuur –130 °C tot +30 °C
• Asrotatie 24h37m
• Jaar 687 dagen
• Ashoek 25 graden (dus seizoenen)
Mars
• Oud oppervlak zie stroompatronen en
kraters
• Dichtheid 3,9 g/cm3
• GEEN water, wel ingesloten, oxyden
Mars manen
• Phobos en Deimos , ingevangen planetoiden
• Phobos 27 x 21 km circuleert naar binnen en
valt in 40 miljoen jaar op oppervlak Mars
• Rotatie rondom Mars 0,3 dagen
• Deimos 15 x 12 km rotatie 1,26 marsdagen
De Gas Planeten
De Gasreuzen hebben allemaal een
kleine kern van steen (max 1 tot 15 x
massa Aarde) , daaromheen een laag
ijs, en een mantel van waterstof. De
diameter wordt gemeten op het 1
atmosfeer punt (dus in de atmosfeer)
De Gasplaneten
De grote massa van Jupiter en Saturnus
zorgt voor een enorme druk in de
planeet. Door die druk worden de
elektronen losgerukt van de individuele
waterstofkernen, en ontstaat een
gemeenschappelijke elektronenzee. De
waterstof wordt daardoor geleidend, en
gaat zich als een vloeibaar metaal
gedragen
De Gasplaneten
De waterstof wordt daardoor geleidend,
en gaat zich als een vloeibaar metaal
gedragen. Die metallische waterstof (in
de diepe lagen van de schil) is ook
verantwoordelijk voor de sterke
magnetische velden van Jupiter en
Saturnus
De Gasplaneten
Uit spectraalanalyse weten we uit
welke elementen de atmosferen van
de reuzenplaneten bestaan. Bij
Jupiter en Saturnus is dat een mix
van ammoniak (NH3), ammoniakhydrosulfide (NH4SH) en water (H2O)
De IJsplaneten
Uranus en Neptunus hebben veel minder
waterstof, en deze bevindt zich vooral in
de buitenste lagen van de planeet.
Daardoor hebben deze twee planeten
een veel minder sterk magnetisch veld
De IJsplaneten
Uranus en Neptunus hebben een mantel
bestaande uit bevroren water (H2O),
methaan (CH4) en ammoniak (NH3).
Ze worden ook wel de IJsplaneten
genoemd
De IJsplaneten
Uranus en Neptunus hebben een
atmosfeer van voornamelijk methaan
(CH4)
Jupiter
•
•
•
•
•
•
Diameter 12x Aarde
Massa 318x Aarde
Asrotatie 9h 50m
Jaar 11,86 jaar
T inw 30.000 K
T wolkentoppen
125 K tot 160 K
Jupiter
• Oosten en westenwind tot 500 km/h
• Stormen en anticyclonen 40.000 x 14.000
km (rode vlek, rotatie 6 dagen)
• Verkleuringen in atmosfeer door
methaan, water, ammoniak en
waterstofsulfide
• Magnetisch veld 20.000 x Aarde
• Atmosfeer is 1000 km dik (Aarde 80 km)
Jupiter manen
Omlooptijden respectievelijk 1, 3, 7 en 16 dagen
Totaal >20 manen (4 grote en de rest heel klein)
IO
• Getijdenkracht Jupiter trekt oppervlak
100m omhoog (aarde 30cm voor water
max 18m)
• Vulkanisme lavameren van zwavel
• Koppeling met electromagnetische
ontladingen van 3 miljoen Ampere
IO
• Lavameren
• Lavastromen
Europa
•
•
•
•
Dikke Ijslaag (50km)
Oceanen van water
Biljardbal
Zeer Jong oppervlak
Ganymedes
• 3,5 miljard jaar oud oppervlak
• IJsoppervlak
Callisto
• 4 miljard jaar oud oppervlak
• IJs stof oppervlak
• Klein reliëf
Saturnus
•
•
•
•
•
•
Diameter 10x Aarde
Massa 95x Aarde
Asrotatie 10,39 uur
Jaar 29,46 Aardjaar
>30 manen, 18 m naam
Dichtheid 0,6 g/cm3 !!
125 K tot 160 K
• Ashelling 27 °
Saturnus
• Stormen 1000 km/h
• ammoniak (NH3), ammoniakhydrosulfide (NH4SH) en water (H2O).
• Ringen Grammofoonplaat van 3km
diameter
• Kerntemperatuur 12000 K
Saturnus
•
•
•
•
•
•
•
F ring
Encke Scheiding
A ring
Cassini scheiding
B ring
C ring
D ring
Saturnus
Saturnus manen
Titan
En de kleine ijsmaantjes Mimas,
Enceladus, Thetys, Dione, Rhea en
Japetus.
Vele minimaantjes
Omlooptijden respectievelijk 15 0,9 1,4 1,9
2,7 4,5 en 79 dagen
Methaan
Atmosfeer
-180 C
Cassini 2004
Waterijs in
Ethaanzee
Gebonden
Rotatie
D 5150 km
Titan
Saturnus manen
Enceladus
Mimas
Thetys
Saturnus manen
Japetus
“Voorruit en achterruit”, één kant zeer donker,
de andere zeer licht
Uranus
•
•
•
•
•
Diameter 4x Aarde
Massa 14x Aarde
Asrotatie 17h 14m
Jaar 84 aardjaar
Rotatieas 97.9 °
Uranus magnetisch
Uranus manen
Miranda
Neptunus
• Diameter 4x Aarde
• Massa 17x Aarde
•
•
•
•
Asrotatie 16h 06m
Jaar 164,8 aardjaar
Rotatieas 27.9 °
T –193 –153 °C
Triton
• Cryovulkanisme
• Het vulkanisch materiaal is waarschijnlijk
vloeibare stikstof (N2) of methaan (CH4)
• Diameter 2705 km
• Albedo 72%
• Verder oppervlak CO, CO2 en H2O
• Atmosfeer, cyanide (HCN) en ethaan
(C2H6)
• En andere organische verbindingen
Pluto
•
•
•
•
•
Diameter 1/6 Aarde
Massa 0,002x Aarde
Asrotatie 6d 09h 17m
Jaar 248 aardjaar
Rotatieas 119 °
Pluto
Pluto en Charon dubbelplaneet met
gebonden rotatie (6,39 dagen)
Kuiper objecten Steen en ijs klompen
Bevatten CH4 N2 CO en CO2