2/7/2017. AST1010 En kosmisk reise. De viktigste punktene i dag: IAUs definisjon av en planet i solsystemet (2006)

Transkript

1 AST1010 En kosmisk reise Forelesning 7: De indre planetene og månen del 1: Merkur og Venus De viktigste punktene i dag: Hva er en planet? Plutos ferd fra planet til dvergplanet. Hvordan kan vi finne ut noe om planetene uten å besøke dem? Oversikt over Merkur Oversikt over Venus Var Venus annerledes før? IAUs definisjon av en planet i solsystemet (2006) 1. En planet går i bane rundt Solen. 2. En planet har nok masse til at tyngdekreftene dominerer og former den til en kule. 3. En planet har rensket banen sin: Den deler ikke banen sin med himmellegemer som ikke går i bane rundt den. 1

2 Dvergplaneter 1. En dvergplanet går i bane rundt Solen. 2. En dvergplanet har nok masse til at tyngdekreftene dominerer og former den til 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 satellitt (måne) rundt en annen planet. From Wikimedia Commons. Plotted by a program written by Eurocommuter. License: CC-BY-SA-3.0-migrated Planet 9? 2

3 Planet 9? fra xkcd.com (Randall Munroe) 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? 3

4 Baneparametre Aphelion (lengst fra sola), perihelion (nærmest sola) Store halvakse, a Eksentrisitet, e Baneparametre e = 0: perfekt sirkel e = 1: helt flat (linje) Baneparametre Baneplanets helning i forhold til ekliptikken (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

5 Er Jorden en planet? Er Jorden en planet? Ja. Måner/satellitter teller som rydding av banen sin. Er Neptun en planet? 5

6 Er Neptun en planet? Ja. Selv om Pluto er innenfor Neptuns bane til tider, er Neptun alene i sin tunnel rundt Solen. Planetmasser hvordan veie en planet? Vi trenger en måne eller en kunstig satellitt. Så bruker vi Keplers 3. lov: 4p 2 P 2 = G(m 1 + m 2 ) a3 Vi finner egentlig summen m 1 + m 2, men hvis planeten er mye større blir m 1 + m 2 m 1 P 2 = 4π 2 G(m 1 + m 2 ) a3 6

7 m 1 + m 2 = 4π2 G a 3 P 2 m 1 + m 2 = 4π2 G a 3 P 2 m 1 + m 2 = kg d2 km 3 a 3 P 2 7

8 kg d2 a 3 10 m 1 + m 2 = km 3 P 2 kg d2 ( km) 3 10 m 1 + m 2 = km 3 P 2 kg d2 ( km) 3 10 m 1 + m 2 = km 3 P 2 8

9 kg d2 ( km) 3 10 m 1 + m 2 = km 3 (28d) 2 kg d2 ( km) 3 10 m 1 + m 2 = km 3 (28d) 2 m 1 + m 2 = kg 9

10 Fasit (NASA): m 1 + m 2 = kg OBS: Denne typen utregning er ikke på eksamens-formelarket Men du bør kunne svare på hvordan man finner massen til en planet Nyttig side med planetdata: (inkluderer månen og dvergplaneten Pluto) 10

11 Rotasjonsperioder For Mars, Jupiter og Saturn kan disse bestemmes ved å følge bevegelsen til 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 Planettemperaturer Kan måles på tre måter: 1. Venus og Mars: romsonder har landet og målt direkte. 11

12 Planettemperaturer Kan måles på tre måter: 1. Venus og Mars: romsonder har landet og målt direkte. 2. Merkur: fra intensiteten til 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. Planettemperaturer Kan måles på tre måter: 1. Venus og Mars: romsonder har landet og målt direkte. 2. Merkur: fra intensiteten til 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 estimere temperaturen ved å regne planeten som et sort legeme med balanse mellom mottatt energi fra sola og utstrålt energi. (bruker bl.a. Stefan-Boltzmanns lov: E = σt 4 ) T = T sol R sol 2a ikke pensum Planetatmosfærer I grove trekk bestemt av forholdet mellom to størrelser: 1. Unnslippingshastigheten fra planetens tyngdefelt, som avhenger av massen og radien. 2. Gjennomsnittlig bevegelsesenergi til gassmolekylene, som avhenger av temperatur og molekylmasse. 12

13 Planetatmosfærer I grove trekk bestemt av forholdet mellom to størrelser: 1. Unnslippingshastigheten fra planetens tyngdefelt, som avhenger av massen og radien. 2. Gjennomsnittlig bevegelsesenergi til gassmolekylene, som avhenger av temperatur og molekylmasse. Øker temperatur: Lettere å unnslippe (mer energi per molekyl) Øker molekylmasse: Vanskeligere å unnslippe (mindre energi per molekyl) Atmosfæriske endringer over tid På Venus, jorda og Mars har atmosfærene fått 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 til hydrogen og hydrogenperoksid. De lette hydrogenmolekylene har så lekket ut av atmosfæren. Dermed er vanndamp blitt fjernet. Merkur 13

14 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 πr3 2 x radius 8 x volum (2 3 = 8) x radius x masse ( = 0.056) Merkur sammenlignet med jorden Radius: 38.3 % av jordens Masse: 5.5 % av jordens 29. mars har Merkur gått rundt solen 1 gang siden nyttår Tyngdekraft på overflaten: % av jordens (100 kg vekt på jorden tilsvarer kg på Merkur) OBS: Masse og vekt er ikke det samme! Massen til et objekt er den samme på alle planeter Det en vekt viser er hvor sterkt tyngdekraften virker på objektet: Varierer fra planet til planet Vekt burde egentlig måles i Newton (N) men på jorden oversetter vi det til kg Kollisjonskraft fra en 100 kg gjenstand i 100 km/t er den samme på alle planeter (avhenger av masse, ikke vekt) 14

15 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. Etter 59 dager (1 hel rotasjon) er planeten et helt annet sted i banen sin dagen får en kunstig forlengelse pga. dette Minst like stor tetthet av kratre som på månen. 44 Merkurs magnetosfære Av de indre planetene er det bare Merkur og Jorden som har globale magnetfelt. Merkurs magnetfelt er svært svakt (1%) i forhold til Jordens 15

16 MESSENGERs baner 16

17 Mer om Merkur Temperaturen på solsiden kan være over 400 grader, på skyggesiden under -170 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 partikler fra solvinden, støv fra mikrometeoritter osv. Ingen atmosfære + sakte rotasjon = store temperaturforskjeller Venus Venus sammenlignet med jorden Er M r 3 når vi sammenligner Venus med Jorden også? Radius: 95 % av jordens Masse: 81.5 % av jordens = Hvorfor er Venus lettere enn ventet? 1. Lavere tetthet i utgangspunktet 2. Tyngre planeter presses tettere sammen av tyngdekraften Merkur hadde hatt høyere tetthet enn Jorden om det ikke var for pkt. 2 17

18 Venus sammenlignet med jorden Radius: 95 % av jordens Masse: 81.5 % av jordens 13. august har Venus gått rundt solen 1 gang siden nyttår Tyngdekraft på overflaten: % av jordens (100 kg vekt på jorden tilsvarer kg på Venus) 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 til døgnet Men her blir døgnet lengre, ikke kortere hvorfor? Retrograd rotasjon Forklaring: Venus roterer motsatt 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) 18

19 Maksimal vinkelavstand til solen: ca. 46 grader Venus faser (umulig om solen gikk rundt jorden) AST De indre planetene 57 19

20 Venerabilder - mer perspektiv Venera 13 (t.v.) Venera 14 (t.h.) 58 Temperaturer Gjennomsnitt Merkur: 167 C (stor forskjell dag/natt) Gjennomsnitt Venus overflate: 464 C (betydelig lavere høyt oppe i atmosfæren) Hvorfor har ikke den nærmeste planeten varmest overflate? AST De indre planetene 60 20

21 Venus har sterk drivhuseffekt. AST De indre planetene 61 Hvorfor fanges infrarød stråling? Vi har sett at himmelen er blå på jorden fordi kortere bølgelengder (blått) spres mer i atmosfæren Hvorfor fanges da infrarød stråling (lengre bølgelengde)? Drivhusgasser som CO 2 og metan er følsomme for disse bølgelengdene (mer om dette i neste forelesning) Venus atmosfære: 96 % CO 2 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 fortiden, men uklart om Venus noensinne har hatt vann i flytende form på overflaten. 21