AST1010 En kosmisk reise Forelesning 12: Dannelsen av solsystemet Innhold Planetene i grove trekk Krav Dl en teori for solsystemets dannelse Kollapsteorien LiH om eksoplaneter Solsystemet: Varierende reladve mengder av metaller og silikater forhold Dl mengdene av gass og is Jordlignende planeter: metall og stein Gasskjemper: H, He Iskjemper: is + gass Kuiperbeltet: bare is 3 1
Grunnstoffene i sola: Mest hydrogen Merk at aksen for hyppighet er logaritmisk. ~ 90% hydrogen, ~ 10% helium og ~ 0.1% andre stoffer. 4 MiddelteHheter og grunnstoffer 5 Det indre av steinplanetene AST1010 - Planetsystemet 6 2
Det indre av gassplanetene AST1010 - Planetsystemet 7 Solsystemets dannelse Fra kollaps av en gasståke som fantes før planetsystemet og sola ble dannet Kant (1755) og Laplace (1796). En moderne kollapssteori. U^ordringer fra observasjoner av planeter rundt andre stjerner (eksoplaneter). 8 Dannelsen av planetsystemet - observasjoner som må forklares Store gass- og isplaneter yherst, mindre stein- og metallplaneter innerst. Områder med mindre legemer: asteroidebeltet, Kuiperbeltet og Oortskyen. Planetbanene er nesten sirkulære, ligger i nesten samme plan, og planetene går rundt solen i samme retning. Solen og de fleste planetene roterer i samme retning. 9 3
Flere observasjonelle krav Planetene har 99% av spinnet mens sola har 99% av massen. SystemaDske forskjeller i kjemisk sammensetning mellom planetene gir en mindre andel av lehe grunnstoffer i den indre del av solsystemet. 10 Kollapsmodellen 11 Påminnelse: Spinnbevaring AST1010 12 4
Fordeling av spinn i solsystemet 13 En moderne teori for dannelsen Supernovaeksplosjon Fortetning Gravitasjonskollaps + Dlførsel av grunnstoffer tyngre enn hydrogen. Anriker gassen sola kan være en 3 dje generasjons stjerne. En opprinnelig rotasjon av skya for å få dannet en planetskive. 14 Hvor kommer spinnet fra? Turbulens i den interstellare skyen som er opphav Dl dannelsen. Kollisjon mellom interstellare Skyer - gravitasjon lager rotasjon av begge skyene. 15 5
En moderne teori for dannelsen Supernovaeksplosjon Fortetning Gravitasjonskollaps + Dlførsel av grunnstoffer tyngre enn hydrogen. Anriker gassen sola kan være en 3 dje generasjons stjerne. En opprinnelig rotasjon av skyen for å få dannet en planetskive. Overføring av spinn fra proto- sola Dl ytre deler av skiven. 16 Om bevegelse i et magne^elt Kraften F = qv B er alltid vinkelrett på magnefeltet B og hastigheten v til partiklen med ladning q. Den kan derfor bare endre hastighetens retning, ikke dens størrelse. Resultatet blir en sirkelbane med radius bestemt av Newtons 2. lov : F = ma qvb = m v 2 r r = mv qb AST1010 - Planetsystemet 18 6
Tre prosesser som bidrar i planetdannelsen Kondensering av gassen. Oppsamling (engelsk: accredon) av små pardkler. Gravitasjonskollaps 19 Kondensering U^rysing i planetskiva AST1010 - Planetsystemet 21 7
Kondensasjon og u^rysing Kondensering fra gassform Dl væske eller fast form hierarki av legemer bygges opp. Indre solsystem bare tungt fordampelige grunnstoffer kondenserer; andre stoffer blåses av solvind ut i ytre del av skiven. Ytre solsystem leh fordampelige stoffer kondenseres; danner tunge is- og stein- kjerner i ytre planeter. 22 Oppsamling den første fase fra støvkorn 23 Oppsamling 24 8
9/27/15 Sluiasen i dannelsen av steinplaneter SIMULERING AV PLANETDANNELSEN: Hele solsystemet dannes på 440 millioner år. De indre planetene er dannet eher ca 100 millioner år. 25 Dannelsen av en gasskjempe AST1010 - Planetsystemet 26 Vi har en konsistent teori Teorien forklarer vesentlige trekk ved det observerte solsystemet: Hvorfor planetene alle ligger omtrent i samme plan og roterer samme vei rundt sola. Fordeling av rotasjonsmengde. Fordeling av leh og tungt fordampelige grunnstoffer. Men hva med planeter rundt andre stjerner? 27 9
Planeter rundt andre stjerner Påvisning av skiver av gass hvor planeter blir dannet Måter å påvise planeter rundt andre stjerner: a) Dopplerteknikk, b) egenbevegelsen, c) formørkelser d) mikrolinsing e) direkte observasjon Hva har vi funnet? Til nå 1789 planeter (30.09.2014) Mange ligner ikke vårt planetsystem! 28 Beta Pictoris (proto)planetskive AST1010 - Planetsystemet 29 Fem måter å finne planeter på Dopplermetoden - fra variasjon av stjernens hasdghet langs synslinjen. Egenbevegelsen - fra variasjoner i stjernens posisjon. Formørkelser - intensitetsvariasjoner idet planeten passerer stjernen. Mikrolinsing - lys fra en pern bakgrunn bøyes lih av idet det passerer en masse. Og ved direkte observasjon av planeten. 30 10
Dopplermetoden Dopplermetoden 32 Observert Doppler- bevegelse AST1010 - Planetsystemet 33 11
Egenbevegelsen avviker fra en reh linje => to legemer 34 Formørkelser Merk at planeten må gå i bane i et plan som ligger nær synslinja fra oss Dl stjerna. 35 12
AST1010 - Planetsystemet 37 Masser og avstander for eksoplaneter,001,01,1 10000 Mass [Earth] Semi-major axis [AU],001,01,1 1 10 100 1000,001,01,1 1 10 100 100010000 Mass [Earth] Problemer med teorien? 39 13
Neste forelesning: Innledende om stjerner: Avstander, størrelsesklasser, Hertzsprung- Russell- diagrammet. 14