Inleiding Astrofysica College 4 17 oktober 2016 15.45 – 17.30

18-10-2016
Inleiding Astrofysica
College 4
17 oktober 2016
15.45 – 17.30
Ignas Snellen
Ons Zonnestelsel
De rotsachtige planeten
Mercurius
• Iets groter dan onze Maan, hoge dichtheid ! grote ijzerkern
• Elliptische baan ! spin-rotatie periode = 58 dagen, jaar
duurt 88 dagen. Zon staat stil aan de hemel tijden perihelium
! 1 dag duurt 176 dagen!
• Nachtzijde een van koudste plekken in zonnestelsel
• Precessie van de baan verklaard met relativiteittheorie
1
18-10-2016
Ons Zonnestelsel
De rotsachtige planeten
Venus
• • • • • • • Even groot als de Aarde
Draait in 225 dagen om de zon
Draait in 243 dagen om haar as, in de verkeerde richting!
Atmosfeer van koolstofdioxide (96%)
Dik wolkendek van zwavelzuur
Atmosfeer circuleert in maar 4 dagen om de planeet.
Geologisch aktief (vulkanen maar geen plaattektoniek)
Enorm broeikaseffect!
Teq = 230 K (-43 Celsius)
Topp= 643 K (470 Celsius)
Russische Venera
2
18-10-2016
Aarde ! +30 C
Venus ! +500 C
Broeikaseffect
l
Zon
Ondoorzichtig voor infraroodstraling !
warmt op ! straalt terug naar oppervlak
ich
t
Thermische straling
zwartlichaam ! infrarood!
Ons zonnestelsel
De rotsachtige planeten
Mars
• • • • • Dunne atmosfeer (CO2, 1% aardse luchtdruk)
Lage massa(1/10 v. Aarde), geen magnetosfeer
Rode kleur door ijzeroxide (roest)
Poolkappen van waterijs en CO2-ijs
Ook grote hoeveelheden waterijs in de grond
3
18-10-2016
NASA
Olympus Mons – grootste vulkaan in
het zonnestelsel
4
18-10-2016
Valles Marineris
Geologisch bewijs voor
vloeibaar water
5
18-10-2016
Invloed van
Jupiter
Mars Global Surveyor
Ook op aarde ! cyclische ijstijden
Klimaat van Venus en Mars belangrijk voor begrip van global
warming op Aarde
6
18-10-2016
Ons zonnestelsel
De gasreuzen
Jupiter
• • • • • Grootste planeet van zonnestelsel
10x straal, 310x massa van Aarde
Draait in 10 uur om as…
Karakteristieke wolkenbanden
Eeuwigdurende storm ter grootte
van Aarde – Great Red Spot!
Ons zonnestelsel
De gasreuzen
Jupiter
• Interne structuur, geschat uit
chemische samenstelling, zwaartekrachtwerking, seismische golven
• ijl ringensysteem (als alle gasreuzen)
NASA, Frederick Beuk
7
18-10-2016
Ons zonnestelsel
De gasreuzen
Manen van Jupiter
• Vier Galileïsche manen hebben baanresonanties en worden
‘warm’ gehouden.
Vulkanisme op Io
Oceaan onder Europa?
Ons zonnestelsel
De gasreuzen
Jupiter en komeet Schoemaker-Levy 9
8
18-10-2016
Ons
zonnestelsel
Saturnus
Ringen
De gasreuzen
Saturnus
20 meter dik!
Onstaan: botsing van een maantje met asteroide?
Ons zonnestelsel
De gasreuzen
Saturnus
9
18-10-2016
Ons zonnestelsel
De gasreuzen
Saturnus
Cassini
Ons zonnestelsel
De gasreuzen
Saturnus maan Titan
Enige maan in ons zonnestelsel met een atmosfeer, gesluierd in
wolken tot de Cassini-Huygens missie!
900 km dikke atmosfeer ! 1.5 bar aan druk aan de grond
Atmosfeer van vooral stikstof (net als Aarde)
Methaan-cycles als aards water-cyclus: regen, wind, duinen,
rivieren, meren, cryovulkanisme(?)
10
18-10-2016
Ons zonnestelsel
De gasreuzen
Saturnus maan Titan
Ons zonnestelsel
De gasreuzen
Uranus en Neptunus
Uranus
Neptunus
Uranus hoge obliquiteit
Eerste planeten ontdekt
met de telescoop
11
18-10-2016
Ons zonnestelsel
Planetoiden, kometen en dwergplaneten
de planetoidengordel
Ons zonnestelsel
planetoiden, kometen en dwergplaneten
de planetoidengordel
12
18-10-2016
NASA Dawn mission
Ons zonnestelsel
planetoiden, kometen en dwergplaneten
Aardscheerders – Near Earth Objects
13
18-10-2016
Meteoriet: 17m doorsnede, 11,000 ton
550 kTon TNT ! 20-30x Hiroshima bom
14
18-10-2016
Ons zonnestelsel
Planetoiden, kometen en dwergplaneten
Pluto en de Kuipergordel
NASA’s New Horizon Mission naar Pluto
15
18-10-2016
16
18-10-2016
Ons zonnestelsel
Planetoiden, kometen en dwergplaneten
Kometen en de Oortwolk
ESA’s Rosetta Missie:
November 2014 ! landing op komeet
Churyumov–Gerasimenko
17
18-10-2016
18
18-10-2016
19
18-10-2016
De grenzen van onze kennis
modern onderzoek
• Waarom verschillen Venus, Aarde en Mars zo van
elkaar?
• Wat is de evolutionaire geschiedenis van de
verschillende planeten in ons zonnestelsel?
• Begrijpen we de verschillende atmosferen en klimaten?
• Waar komt het water op aarde vandaan?
• Hoe gevaarlijk zijn aardscheerders, en kunnen we
inslagen voorkomen?
• Kunnen we planetoiden ooit gebruiken voor mijnbouw?
Extrasolaire Planeten
Methoden
• Afstanden tot de dichtstbijzijnde sterren zijn >100,000x
groter dan tot planeten in ons zonnestelsel
• Stralen zelf nauwlijks licht uit ! miljoenen/miljarden keren
zwakker dan moederster
• Indirecte methoden leveren eerste bewijzen voor
exoplaneten (1992-1995)
20
18-10-2016
Extrasolaire Planeten
Methoden
Vster M plan
=
V plan M ster
Radiele snelheidsmethode: ster en planeet draaien om
gemeenschappelijke zwaartepunt. De verandering in de
radiele component van de snelheid van de ster kan worden
gemeten dmv het Doppler effect. €
2π × 150 × 10 6 km
= 30km /s Zon is 333.000x zwaarder ! 9 cm/s
365 × 86400s
= 13km /s Zon is 1.000x zwaarder ! 13 m/s
Vaarde =
V jup
€
Extrasolaire Planeten
Methoden
Astrometrie: ster en planeet draaien om gemeenschappelijke
zwaartepunt. De schommeling aan de hemel van de ster kan
worden waargenomen dmv astrometrie.
Methode is nog niet erg succesvol.
ESA missie GAIA: 3D kaart van de melkweg
21
18-10-2016
Beweging van de zon rond het zwaartepunt van het
zonnestelsel ! 1/1000ste boogseconde op 10 parsec
Extrasolaire Planeten
Methoden
Timing (Pulsars): ster en planeet draaien om een
gemeenschappelijk zwaartepunt. Een pulsar is een aparte
ster die als een klok werkt (zie later in college). Doordat de
pulsar dichterbij en verder weg staat loopt die klok regelmatig
voor en achter in tijd.
De eerste exoplaneten zijn op deze manier gevonden
22
18-10-2016
Extrasolaire Planeten
Methoden
Transit methode: als de orientatie van de planeetbaan
precies goed is zien we de planeet voor de ster langs
schuiven !een planeetovergang (Engels: transit)
R planeet 2
ΔF =
Rster 2
€
Extrasolaire Planeten
Methoden
Duizenden planeetovergangen ontdekt met satellieten
French/ESA CoRoT Missie
NASA Kepler missie
23
18-10-2016
Kepler-11 ! 5 planeten, waarvan 5 binnen de baan van Mercurius!
Combinatie van transit methode en Doppler methode geeft grootte en massa
van een planeet ! gemiddelde dichtheid (rotsachtig of gas-achtig?)
Extrasolaire Planeten
Methoden
Direct Imaging: het direct waarnemen van een exoplaneet
dmv heel scherpe fotos. Adaptieve optiek + coronograaf (licht
van de ster wordt zoveel mogelijk verduisterd).
Werkt vooral goed bij jonge
planeetsystemen die nog
warm zijn van formatie
24
18-10-2016
Extrasolaire Planeten
statistiek
Exoplaneet statistieken: Hoe bijzonder is ons zonnestelsel?
! >1 op 10 sterren heeft een gasreus zoals Jupiter.
! >1 op 3 sterren heeft een planeet zoals Neptunus
! meeste sterren hebben rotsachtige planeten.
Exacte kopie van ons zonnestelsel is waarschijnlijk wel
zeldzaam
Extrasolaire Planeten
Methoden
Zoektocht naar buitenaards leven
① Gassen waargenomen zoals water, koolstofmonoxide
② Warmteverdeling op planeten
③ Wind-systemen
④ rotatie
25
18-10-2016
Extrasolaire Planeten
Zoektocht naar buitenaards leven
Samenstelling van Aardse atmosfeer verraadt biologische
aktiviteit. Kunnen we dit in de toekomst ook op
exoplaneten waarnemen?
Samenvatting – College 4
• Behandelde onderwerpen:
- Mars, water, marsklimaat, Jupiter, Europa, Saturnus, ringen, titan,
Uranus, Neptunus, planetoidengordel, kometen, Pluto en de Kuipergordel, de Oortwolk, aardscheerders, exoplaneten, de Doppler
methode, transit-methode, astrometrie, pulsar timing, astrometrie,
direct imaging, exoplaneten statistiek, exoplaneet-atmosferen,
zoektocht naar buitenaards leven.
• Vraagstukken die je nu zou moeten kunnen behandelen:
- Waar worden openingen (gaps) in de Saturnusringen door veroorzaakt?
- Wat is de ‘Great Red Spot’ op Jupiter?
- Wat is er interessant aan de Jupitermaan Europa?
- Wat is er interessant aan Saturnusmaan Titan?
- Hoe werkt de radiele snelheidsmethode (Doppler methode)?
- Hoe werkt de transitmethode?
- Bereken met transit-methode de grootte van de planeet.
- Hoe zou je buitenaards leven kunnen herkennen op een exoplaneet?
26