AST1010 En kosmisk reise Forelesning 8: De indre planetene og månen del 2: Jorden, månen og Mars De viktigste punktene i dag: Generelt om jorden Drivhuseffekt på jorden Generelt om Månen Tidevann og tidevannskrefter Generelt om Mars Er det liv på Mars? Bestemmelse av jordas alder Radioaktive prosesser omdanner et grunnstoff til et annet (mer stabilt) Jo mer stoff, jo raskere går prosessen (halveringstid) Eksempel: 238 U 206 Pb t = 4.5 x 10 9 år 3 1
Jordas indre AST1010 Jorda og månen 4 Vulkanisme og tektoniske plater 5 Jordskorpa fornyes hele tiden AST1010 Jorda og månen 6 2
Hot spot-vulkanisme skjer ikke mellom plater, men midt under en plate De varme områder ligger i ro mens plata over beveger seg. Derfor flytter det vulkanske området seg på jordoverflata. Eks.: Hawaii. Oppbygging av jordskorpa: Mellom plater som driver bort fra hverandre, kommer masse opp fra det indre. Når plater kolliderer folder fjellkjedene seg opp: Alpene, Himalaya og Andes. Nedbryting av jordskorpa: Havbunnsplater kolliderer med kontinenter, skyves under disse, smelter og gir materiale tilbake til mantelen. Jordskorpa er ung! Den skiftes ut hele tiden. 8 Hot spot-vulkanisme 9 3
Jorda er den eneste planeten i solsystemet med kontinentaldrift (i dag) På de andre indre planetene er hotspotvulkaner de eneste vulkanene vi finner Vulkansk aktivitet på randen av kontinentalplater er dermed spesielt for jorda Jordas magnetfelt 11 Jordas magnetfelt beskytter oss mot partikler i solvinden 12 4
Nordlyssonen AST1010 Jorda og månen 13 Planetatmosfærer (repetisjon fra sist) 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. 5
Jordens atmosfære 78.1 % nitrogen (N 2 ): 28.0134 amu 20.9 % oksygen (O 2 ): 31.9988 amu 0.9 % argon (Ar): 39.948 amu 0.1 % karbondioksid (CO 2 ): 44.0095 amu https://www.youtube.com/watch?v=e7zqmtb wfvs Hvorfor er trykket på Venus overflate så høyt? Jordens overflate: 1 atm Venus overflate: ca. 90 atm Det viser seg at Venus atmosfære veier mye mer enn Jordens At CO 2 veier mer enn O 2 og N 2 forklarer ikke en så stor forskjell Begge planetene hadde vulkaner som tilførte CO 2 Hva skjedde på Jorden som ikke skjedde på Venus? Jordens karbonsyklus Vann og planteliv binder karbon i jordskorpa I tillegg sender jordens kontinentaldrift dette ned i jordens mantel Resirkulerer karbon tilbake til jordas indre i stedet for i atmosfæren 6
Utviklingen av jordas atmosfære Opprinnelig: Mest hydrogen og helium. For lette til at de blir værende. Sekundær atmosfære fra vulkansk aktivitet: Mye CO 2, lite O 2. Jorda kjøles ned, mye CO 2 blir løst opp i vann, utskilt som karbonater. For 3.3 milliarder år siden kom de første oksygenproduserende bakteriene. Oksygen ble tilført atmosfæren. Oksygen på bakken reagerte kraftig med ammoniakk fra utgassing. Dannet mer nitrogen. Fås også fra UV-bestråling av NH 3. Mer vegetasjon økt O 2 ozonlaget som beskytter liv mot UV-stråling liv på tørt land. 200 millioner år siden: 35 prosent av atmosfæren O 2. Venus vs. Jorda CO 2 tas ikke ut av atmosfæren (ikke hav, planter) Heller ikke kontinentaldrift på Venus i dag Ender opp med en atmosfære av tunge molekyler som tyngdekraften holder på plass (til tross for temperaturen) Jorda kan potensielt ha en tykkere atmosfære enn Venus (større tyngdekraft, lavere temperatur), men her har de tunge molekylene blitt fjernet fra atmosfæren (lettere molekyler har unnsluppet) Drivhuseffekt på jorda Ikke like ekstrem som Venus (0.1 % CO 2 i stedet for 96 %) Kaldere overflate bremser drivhuseffekten: Snø og is reflekterer hvitt lys bort fra overflaten (mindre oppvarming) Mye CO 2 lagres i land og hav når overflaten er kaldere Når vi sender CO 2 ut i atmosfæren og varmer opp planeten, blir det mindre snø/is og overflaten frigir lagret CO 2 Resultat: Selvforsterkende effekt (potensiell ubalanse) 7
Kilde: United States Environmental Protection Agency Kilde: United States Environmental Protection Agency Drivhuseffekt og psykologi Føre-var-prinsippet: It is interesting that this idea that costly actions are unwarranted if the dangers are uncertain is almost unique to climate. In other areas of policy, such as terrorism, nuclear proliferation, inflation, or vaccination, some insurance principle seems to prevail: if there is a sufficient likelihood of sufficient damage we take some measured anticipatory action. Kognitiv dissonans: Motviljen mot å ta en ubehagelig virkelighet inn over oss i handlingsendrende øyemed, gjør at vi modifiserer bildet av virkeligheten slik at den fremstår mindre ubehagelig; dermed unngås uønsket atferdsendring. 8
Drivhusgasser Hovedsakelig CO 2, metan og vanndamp Både mengde og hvor effektiv den aktuelle drivhusgassen er spiller inn https://www.youtube.com/watch?v=stvqiijqvtg Månen Månen sammenlignet med jorden Radius: 27.3 % av jordens Masse: 1.2 % av jordens (Merkur er ca. 4.5 ganger mer massiv) Gjennomsnittlig temperatur: -20 C (Jorden ca. 15 C pga. atmosfæren) 9
Månens rotasjon Omløpstid rundt jorden: 27.32 døgn Rotasjon rundt egen akse: 27.32 døgn Tilfeldig? Bundet rotasjon: Månens rotasjonstid er helt lik omløpstiden! Alltid samme side mot oss. Jorden blir også slik (sett fra månen) om 5 10 10 år. (Men solsystemet har kun ca. 5 10 9 år igjen å leve). Bundet rotasjon alltid samme side mot jorda Tyngdekraft på månens overflate: ca. 1/6 av jordens https://www.youtube.com/watch?v=16d0hmlt-s0 10
Månens indre AST1010 Jorda og månen 31 Krater Copernicus Bombekratre og månekratre 11
Hvor er kratrene på jorda? Atmosfæren: Friksjon bremser og brenner opp meteorer Nyskaping av jordskorpa Erosjon (isbreer, vann, vind) Høyere tyndekraft gir mindre virkning av eksplosjonen Rundt 180 kjente kratre på jorda AST1010 Jorda og månen 35 Om alder av skorper Ujevn rate av kraterdannelse høyest i perioden tidlig i solsystemets historie. Få kratre betyr at skorpa er fornyet, og sier noe om prosesser i planetens eller månens indre (spesielt i fravær av en atmosfære) 12
Tidevann skyldes forskjeller i gravitasjonsfelt g = GM r 2 Tidevann skyldes forskjeller i gravitasjonsfelt Havbunnen deformeres noe Tidevann skyldes forskjeller i gravitasjonsfelt Vannet i havet deformeres mer enn havbunnen 13
Tidevann også fra Solen Springflo: Månen og solen på linje Høyvann og lavvann fra begge på samme sted 14
Solens tidevann ca. 2 av månens 5 Tidevann % av måne jord måne jord 100% sol jord ca. 41% jord måne ca. 3300% sol måne ca. 17% Formel (ikke pensum): Δh 1 2 = 3 2 4 M 1 R 2 M 2 r3 1 2 Nippflo: Månen og solen i rett vinkel 15
Hvorfor høyvann på baksiden? Tyngdekraft fra månen (svakere på økt avstand) Tyngdekraft fra solen (svakere på økt avstand) 16
Mindre månegravitasjon på baksiden enn jordas sentrum: Havbunnen vil bort fra sentrum (men er fast) Vannet i havet er lettere å forme (flytende), og løfter seg i forhold til havbunnen Månens bevegelse rundt jorda gir litt mer enn 12 timer mellom to høyvann som følger etter hverandre AST1010 - Kopernikus til Newton 50 Roche-grensen: Der tidevannskreftene blir så sterke at satellitten rives i stykker 17
Repetisjon https://www.youtube.com/watch?v=gftt3whjgtg Månefaser Måneformørkelser Totale og delvise måneformørkelser. Måneformørkelser bare ved fullmåne!... men ikke ved alle fullmåner. 18
Månen kan passere over eller under jordskyggen, idet banen heller 5 o Solformørkelser bare ved nymåne men ikke ved alle nymåner! 19
Anbefalt video om formørkelser https://www.youtube.com/watch?v=prgua7xceda Dannelse av månen: Kollisjonsteorien AST1010 Jorda og månen 59 Serie viser sekvens fra kollisjon til månen er dannet. Bygger på numerisk beregning. Prosessen kan være rask tar under ett år. AST1010 Jorda og månen 20
Film om Theia https://www.youtube.com/watch?v=yuksqukkj7c Mars Mars sammenlignet med jorden Radius: 53.2 % av jordens Masse: 10.7 % av jordens Omløpstid rundt solen: 1.88 år 1 døgn på Mars er 24.7 timer Gjennomsnittstemperatur: -65 C 21
Tyngdekraften på Merkur og Mars Solen Merkur Venus Månen Mars Jupiter Saturn Uranus Neptun Pluto Masse (jordmasser) Radius (jordradier) Rotasjonstid (jordddøgn) Omløpstid (jordår) Store halvakse (AU) 0.055 0.815 0.012 0.107 0.383 0.95 0.273 0.532 58.646-243 27.32 1.026 0.24 (29/3) 0.615 (13/8) 0.0748 1.88 0.387 0.723 0.0026 1.52 Banefart (km/s) 47.4 35.0 1.022 24.08 Temperatur (C, snitt) Tyngdekraft (% jordens) 167 464-20 -65 37.76 90.81 16.31 37.76 Diskusjon: Hvordan kan Mars ha samme tyngdekraft som Merkur? Mars er jo dobbelt så massiv! Tyngdeakselerasjon: g = G M r 2 Det viser seg at 0.055 = 0.107 0.383 2 0.532 2 Mars har så stor radius at det veier opp for den ekstra massen Panoramabilder fra Mars https://www.360cities.net/sets/curiosity-mars Mars: topografisk kart av overflaten AST1010 - De indre planetene 66 22
Olympus Mons (21 300 m høyt) AST1010 - De indre planetene 67 Nettverk av elver og sideelver AST1010 - Vann, liv og atmosfærer 68 Finnes det flytende vann på Mars i dag? 23
Rennende vann på Mars Phobos og Deimos 72 24
Liv på Mars? Vann kan ikke eksistere i lengre tid i flytende form på overflaten i dag. Tynn atmosfære og fravær av magnetfelt betyr manglende beskyttelse mot skadelig stråling. Lite trolig at det finnes liv der nå. Men vi har mange indikasjoner på at det fantes vann på overflaten før, og at atmosfæren var tykkere. Mars kan ha vært beboelig tidligere Ill. Kevin Gill (https://plus.google.com/+kevingill) 25