AST1010 En kosmisk reise

Transkript

1 AST1010 En kosmisk reise Forelesning 7: De indre planetene og månen del 1: Merkur og Venus De vikcgste punktene i dag: Hva er en planet? Plutos ferd fra planet Cl dvergplanet. Hvordan kan vi finne ut noe om planetene uten å besøke dem? Oversikt over Merkur Oversikt over Venus Var Venus annerledes før? 1

2 IAUs definisjon av en planet i solsystemet (2006) 1. En planet går i bane rundt Solen. 2. En planet har nok masse Cl at tyngdekrevene dominerer og former den Cl en kule. 3. En planet har rensket banen sin: Den deler ikke banen sin med himmellegemer som ikke går i bane rundt den. Dvergplaneter 1. En dvergplanet går i bane rundt Solen. 2. En dvergplanet har nok masse Cl at tyngdekrevene dominerer og former den Cl en kule. 3. En planet har rensket banen sin: Den er det eneste legeme på sin størrelse i denne avstanden fra Solen. 3. En dvergplanet er ikke en satelliy (måne) rundt en annen planet. 2

3 From Wikimedia Commons. PloYed by a program wriyen by Eurocommuter. License: CC- BY- SA migrated Planet 9? 3

4 Planet 9? fra xkcd.com (Randall Munroe) 4

5 Hva ønsker vi å vite om planetene? Opplagt svar: «Mest mulig.» De indre planetene ble dannet fra det samme råmaterialet, så hvorfor er de så forskjellige i dag? Hvorfor har bare vår egen planet vann i flytende form? Baneparametre Aphelion (lengst fra sola), perihelion (nærmest sola) Store halvakse, a Eksentrisitet, e 5

6 Baneparametre e = 0: perfekt sirkel e = 1: helt flat (linje) Baneparametre Baneplanets helning i forhold Cl eklipckken (jordas er da lik 0 pr. definisjon) Liten for de fleste planeter, Merkur har 7 grader. Dvergplanetenes plan kan helle mer: Pluto 17 grader, Eris

7 08/09/17 Er Jorden en planet? Er Jorden en planet? Ja. Måner/satelliYer teller som rydding av banen sin. 7

8 Er Neptun en planet? Er Neptun en planet? Ja. Selv om Pluto er innenfor Neptuns bane Cl Cder, er Neptun alene i sin tunnel rundt Solen. 8

9 08/09/17 Planetmasser hvordan veie en planet? Vi trenger en måne eller en kunscg satelliy. 4π 2 2 a3 Så bruker vi Keplers 3. lov: P = G(m1 + m2 ) Vi finner egentlig summen 𝑚 1 + 𝑚 2, men hvis planeten er mye større blir 𝑚 1 + 𝑚 2 𝑚 1 Hva veier Jorden (og månen)? 𝑃 2 = 4 𝜋 2 /𝐺( 𝑚 1 + 𝑚 2 ) 𝑎 3 9

10 08/09/17 Hva veier Jorden (og månen)? 𝑚 1 + 𝑚 2 = 4 𝜋 2 /𝐺 𝑎 3 / 𝑃 2 Hva veier Jorden (og månen)? 𝑚 1 + 𝑚 2 = 4 𝜋 2 /𝐺 𝑎 3 / 𝑃 2 10

11 08/09/17 Hva veier Jorden (og månen)? 𝑚 1 + 𝑚 2 = k g d 2 / km 3 𝑎 3 / 𝑃 2 Hva veier Jorden (og månen)? 𝑚 1 + 𝑚 2 = k g d 2 / km 3 𝑎 3 / 𝑃 2 11

12 08/09/17 Hva veier Jorden (og månen)? 𝑚 1 + 𝑚 2 = k g d 2 / km 3 ( km) 3 / 𝑃 2 Hva veier Jorden (og månen)? 𝑚 1 + 𝑚 2 = k g d 2 / km 3 ( km) 3 / 𝑃 2 12

13 08/09/17 Hva veier Jorden (og månen)? 𝑚 1 + 𝑚 2 = k g d 2 / km 3 ( km) 3 / (28d) 2 Hva veier Jorden (og månen)? 𝑚 1 + 𝑚 2 = k g d 2 / km 3 ( km) 3 / (28d) 2 13

14 08/09/17 Hva veier Jorden (og månen)? 𝑚 1 + 𝑚 2 = / 28 2 kg Hva veier Jorden (og månen)? 𝑚 1 + 𝑚 2 = kg Fasit (NASA): 14

15 OBS: Denne typen utregning er ikke på eksamens- formelarket Men du bør kunne svare på hvordan man finner massen Cl en planet Nypg side med planetdata: hyp://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/ (inkluderer månen og dvergplaneten Pluto) 15

16 Rotasjonsperioder For Mars, Jupiter og Saturn kan disse bestemmes ved å følge bevegelsen Cl markører på deres overflater. For Venus og Merkur er periodene målt ved hjelp av radar og dopplereffekten. Radarsignalet reflektert fra siden som roterer vekk fra oss blir rødforskjøvet, signalet reflektert fra siden som roterer mot oss blir blåforskjøvet. Dopplereffekt for rotasjon 16

17 PlaneYemperaturer Kan måles på tre måter: 1. Venus og Mars: romsonder har landet og målt direkte. PlaneYemperaturer Kan måles på tre måter: 1. Venus og Mars: romsonder har landet og målt direkte. 2. Merkur: fra intensiteten Cl observert radiostråling, om vi antar at den stråler som et sort legeme. For de ytre planetene kan vi gjøre det samme basert på infrarød intensitet. 17

18 PlaneYemperaturer Kan måles på tre måter: 1. Venus og Mars: romsonder har landet og målt direkte. 2. Merkur: fra intensiteten Cl observert radiostråling, om vi antar at den stråler som et sort legeme. For de ytre planetene kan vi gjøre det samme basert på infrarød intensitet. 3. Vi kan escmere temperaturen ved å regne planeten som et sort legeme med balanse mellom moyay energi fra sola og utstrålt energi. (bruker bl.a. Stefan- Boltzmanns lov: E=σ T 4 ) T= T sol R sol /2a ß ikke pensum Planetatmosfærer I grove trekk bestemt av forholdet mellom to størrelser: 1. UnnslippingshasCgheten fra planetens tyngdefelt, som avhenger av massen og radien. 2. GjennomsniYlig bevegelsesenergi Cl gassmolekylene, som avhenger av temperatur og molekylmasse. 18

19 Planetatmosfærer I grove trekk bestemt av forholdet mellom to størrelser: 1. UnnslippingshasCgheten fra planetens tyngdefelt, som avhenger av massen og radien. 2. GjennomsniYlig bevegelsesenergi Cl gassmolekylene, som avhenger av temperatur og molekylmasse. Øker temperatur: LeYere å unnslippe (mer energi per molekyl) Øker molekylmasse: Vanskeligere å unnslippe (mindre energi per molekyl) Atmosfæriske endringer over Cd På Venus, jorda og Mars har atmosfærene fåy bidrag fra utgassing fra vulkaner (vann, karbondioksid, svoveldioksid, hydrogensulfid, metan, nitrogen og nitrogenoksider). Bare 1% av jordas atmosfære er opprinnelig. På Venus og Mars har UV- stråling spaltet vanndamp Cl hydrogen og hydrogenperoksid. De leye hydrogenmolekylene har så lekket ut av atmosfæren. Dermed er vanndamp bliy vernet. 19

20 Merkur Merkur sammenlignet med jorden Radius: 38.3 % av jordens Masse: 5.5 % av jordens Hvorfor er massen bare 5.5% av jordas når radien er 38.3%? Masse henger sammen med volum: V= 4/3 π r 3 2 x radius à 8 x volum ( 2 3 =8) x radius à x masse ( =0.056) 20

21 Merkur sammenlignet med jorden Radius: 38.3 % av jordens Masse: 5.5 % av jordens 29. mars hadde Merkur gåy rundt solen 1 gang siden nyyår TyngdekraV på overflaten: % av jordens (100 kg vekt på jorden Clsvarer kg på Merkur) OBS: Masse og vekt er ikke det samme! Massen Cl et objekt er den samme på alle planeter Det en vekt viser er hvor sterkt tyngdekraven virker på objektet: Varierer fra planet Cl planet Vekt burde egentlig måles i Newton (N) men på jorden overseyer vi det Cl kg KollisjonskraV fra en 100 kg gjenstand i 100 km/t er den samme på alle planeter (avhenger av masse, ikke vekt) 21

22 08/09/17 Dagens lille mysterium Et døgn på Merkur varer ca. 177 jorddøgn Men Merkur roterer en gang rundt sin egen akse på bare 59 jorddøgn selvmotsigelse? Forklaringen er at Merkur- året er 88 dager. EYer 59 dager (1 hel rotasjon) er planeten et helt annet sted i banen sin dagen får en kunscg forlengelse pga. deye Minst like stor teyhet av kratre som på månen

23 08/09/17 Merkurs magnetosfære Av de indre planetene er det bare Merkur og Jorden som har globale magneyelt. Merkurs magneyelt er svært svakt (1%) i forhold Cl Jordens 23

24 MESSENGERs baner 24

25 Mer om Merkur Temperaturen på solsiden kan være over 400 grader, på skyggesiden under grader Merkur kan ikke holde på en atmosfære, men den har allikevel et tynt lag med gass rundt seg. Det blir holdt ved like av parckler fra solvinden, støv fra mikrometeoriyer osv. Ingen atmosfære + sakte rotasjon = store temperaturforskjeller Venus 25

26 Venus sammenlignet med jorden Er M r 3 når vi sammenligner Venus med Jorden også? Radius: 95 % av jordens Masse: 81.5 % av jordens =0.857 Hvorfor er Venus leyere enn ventet? 1. Lavere teyhet i utgangspunktet 2. Tyngre planeter presses teyere sammen av tyngdekraven Merkur hadde hay høyere teyhet enn Jorden om det ikke var for pkt. 2 Venus sammenlignet med jorden Radius: 95 % av jordens Masse: 81.5 % av jordens 13. august hadde Venus gåy rundt solen 1 gang siden nyyår TyngdekraV på overflaten: % av jordens (100 kg vekt på jorden Clsvarer kg på Venus) 26

27 Venus rotasjon 1 Venus- døgn = ca. 117 jorddøgn Rotasjonsperiode: ca. 243 døgn Som hos Merkur forklares forskjellen av at året er så kort i forhold Cl døgnet Men her blir døgnet lengre, ikke kortere hvorfor? Retrograd rotasjon Forklaring: Venus roterer motsay vei av flertallet av planetene i vårt solsystem Kan skyldes kollisjon med et annet objekt i det unge solsystemet (Uranus og dvergplaneten Pluto har samme oppførsel) VIKTIG: Må ikke forveklses med retrograd bevegelse (kap. 3) 27

28 Maksimal vinkelavstand Cl solen: ca. 46 grader Venus faser (umulig i det ptolemeiske systemet) 28

29 AST De indre planetene 57 Venerabilder - mer perspek8v Venera 13 (t.v.) Venera 14 (t.h.) 58 29

30 08/09/17 Temperaturer GjennomsniY Merkur: 167 C (stor forskjell dag/nay) GjennomsniY Venus overflate: 464 C (betydelig lavere høyt oppe i atmosfæren) Hvorfor har ikke den nærmeste planeten varmest overflate? AST De indre planetene 60 30

31 Venus har sterk drivhus- effekt. AST De indre planetene 61 Hvorfor fanges infrarød stråling? Vi har sey at himmelen er blå på jorden fordi kortere bølgelengder (blåy) spres mer i atmosfæren Hvorfor fanges da infrarød stråling (lengre bølgelengde)? Drivhusgasser som CO 2 og metan er følsomme for disse bølgelengdene (mer om deye i neste forelesning) Venus atmosfære: 96 % CO 2 31

32 Var Venus beboelig før? Det finnes vanndamp i Venus atmosfære. Vannmolekyler blir spaltet av UV- stråling fra sola, hydrogenmolekylene lekker ut i verdensrommet. Mer vanndamp i forcden, men uklart om Venus noensinne har hay vann i flytende form på overflaten. 32