Ziemi Fizyka i Chemia Układ Słoneczny

(1)

Fizyka i Chemia Ziemi

T.J. Jopek jopek@amu.edu.pl

IOA UAM Układ Słoneczny cz. 2

2013-12-18 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 1

Układ Słoneczny

Układ Słoneczny stanowią:



Układ Planetarny



Słońce,



planety,



Obłok Oorta (komety)



Pas Kuipera (planety karłowate … ),



Pas planetoid (planeta karłowata …),



małe ciała:



planetki, (planetoidy),



komety.



meteoroidy,



pył i gaz międzyplanetarny.

Reguła T-B ma m.in. postać:

k a _TB a _Obs

Merkury 0 0.4 0.39

Wenus 1 0.7 0.72

Ziemia 2 1.0 1.00

Mars 4 1.6 1.52

? 8 2.8 ?

Jowisz 16 5.2 5.20

Saturn 32 10.0 9.54

Uran 64 19.6 19.2

J.D. Titus J.E. Bode

Odległości planet od Słońca

Reguła Tytusa Bodego z lat 1766-72

(jed. astr.)

k +

= a _TB 0.4 0.3 

a

_TB

- średnia odległość planety od Słońca

Odkrycie małych planet

Giuseppe Piazzi OCR (1746-1826)‏

Ceres odkryta 1 stycznia 1801 w Palermo

1801 Ceres 1000km 1802 Pallas 580km 1804 Vesta 520km 1806 Juno 300km

(2)

Reguła T-B ma m.in. postać:

k a _TB a _Obs

Merkury 0 0.4 0.39

Wenus 1 0.7 0.72

Ziemia 2 1.0 1.00

Mars 4 1.6 1.52

Ceres

¹

8 2.8 2.77

Jowisz 16 5.2 5.20

Saturn 32 10.0 9.54

Uran 64 19.6 19.2

Neptun 128 38.8 30.06

J.D. Titus J.E. Bode

Odległości planet od Słońca

Reguła Tytusa Bodego z lat 1766-72

(jed. astr.)

k +

= a _TB 0.4 0.3 

a

TB

- średnia odległość planety od Słońca

2013-12-18 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 5 2013-12-18 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 6

Ślady małych planet na fotografiach nieba

Pas planetoid.

Miliony obiektów o rozmiarach od 1000 km – 1m … Materiał pozostały po nieutworzonej planecie

(3)

Obiekty typu NEO – Near Earth Objects

Orbita Ziemi

Sun

NEAs Pas małych planet Orbita Jowisza

Orbita Marsa

Komety jowiszowe lub docierające z bardzo odległych obszarów, Obłoku Oorta

Obiekty typu NEO

Near-Earth-Object

2011.11.08 miało miejsce ciasne zbliżenie planetki z Ziemią

2005 YU55 (300-400 m średnica) Planetki Ida (31.4 km) i Daktyl (1.4 km) – układ dynamicznie podwójny

(4)

Misja ‘Near’

do planetoidy 433 Eros

Start 17.02.1996

Lądowanie na Erosie 12.02.2001

Kometa Mc’ Naught, 27.01.2007

2013-12-18 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 17 2013-12-18 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi

Jądro komety Wild 2 ~ 5 km średnicy

Warkocze - ogony komety Hale-Bopp

Budowa komety

Otoczka wodorowa

Jądro Koma Ogon pyłowy

Ogon gazowy

18

(5)

Ruch komety wokół Słońca

ogon pyłowy ogon gazowy

Fizyko-chemiczny model jądra komety – „brudna śniegowa kula”

Autor modelu kometarnego jądra F.L. Whipple.

Fizyczna aktywność jądra komety Komety zawierają drobne krzemowe skały oraz

cząsteczki : głównie H

₂

O i w mniejszej ilości CO

₂

, CO, OH, CN, amoniak, metan a także związki organiczne.

Rozpad komet i planetoid

1/P Halley

C/1999 S4

Symulacja zderzenia dwóch małych planet

73P/Schwassmann 3

23

Spadek meteorytu Peekskill H6

1992, październik 9, 23:48 UT

(6)

Meteoryty

Chondryt węglisty Allende (Spadek 1969.02.08)

Próbka najmniej przetworzonego materiału z jakiego powstał Układ Słoneczny.

Chondry

Deszcz meteorytów żelaznych w Canyon Diablo

Krater Barringer k. Winslow w USA

Large -> o rozmiarach 1 km i więcej Liczba planetek typu NEA odkrytych

w latach 1980 - 2011

Rozkład średnic planetek typu NEA

(7)

Eksplozja Tunguska

Rok 1908, czerwiec 30 60 55 N, 101 57 E

Superbolid czelabiński 2013.02.15 3:20 UTC

Jezioro Czebarkuł

Superbolid czelabiński 2013.02.15 3:20 UTC

V≈17.5 km/sek D ≈20 m ρ≈ 3 g/cm

³

Energia kinetyczna równoważna 460 kT trotylu (TNT) - 20-30 razy więcej niż ilość energii uwolnionej podczas eksplozji bomby atomowej nad Hiroszimą.

Energia ta nie została uwolniona w jednym momencie. Część zaabsorbowała atmosfera.

Samoloty F16, 18 ~Mach 2 – 0.680 km/s Concorde Mach 1.8 0.600 km/s Boeing 747 Mach 0.9 0.310 km/s

S. czelabiński Mach 50

(8)

Układ Słoneczny

Układ Słoneczny stanowią:



Układ Planetarny



Słońce,



planety,



Obłok Oorta (komety)



Pas Kuipera (planety karłowate … ),



Pas planetoid (planeta karłowata…),



małe ciała:



planetki,



komety.



meteoroidy,



pył i gaz międzyplanetarny.

Światło zodiakalne świadczy o obecności pyłu w Układzie Słonecznym Droga mleczna

34

COBE/DIRBE - obraz nieba w podczerwieni

Zodiakalny pył w otoczeniu płaszczyzny ekliptyki Pył międzygwiazdowy w otoczeniu

płaszczyzny Galaktyki

Przykłady ziaren międzyplanetarnego pyłu

Pył pochodzenia kometarnego?

(9)

Powstanie Układu Słonecznego

~5 mld lat temu Słońce, planety, małe ciała powstały z materii skupionej w pierwotnym obłoku pyłowo gazowym.

Przykład materii obłoku gazu i pyłu...

Rezultat wybuchu gwiazdy supernowej Mgławica w Orionie, M42.

Mgławica M42 (Orion A)

2013-12-18 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 38 2013-12-18 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi

Wielkie obłoki molekularne

•

Zimne: < 100 K

•

Gęste: 10

²

– 10

⁵

H

₂

molekuł/cm

³

(mniej niż w próżni w laboratoriach)

•

Olbrzymie: 30 – 300 lyr 10

⁵

– 10

⁶

mas słońca

•

Emisja molekularna (CO) oraz cząstki pyłu

•

100 stopni

© IRAS

39

(10)

Narodziny gwiazd Impulsem do powstania gwiazdy może być:

 turbulencja w obłoku molekularnym,

 zderzenia fragmentów obłoku,

 wybuch pobliskiej supernowej

 …

W rezultacie w pewnych miejscach obłoku materia zaczyna kurczyć się a następnie wirować.

Powstaje protogwiazda.

Dysk protoplanetarny

 grawitacja powoduje kurczenie się, materia porusza się w kierunku centrum protogwiazdy,

 ale nie cała materia obłoku zmierza ku centrum, zgodnie z zasadą zachowania momentu pędu szybkość wirowania kurczącego się obłoku rośnie,

 te fragmenty protogwiazdy, które osiągnęły odpowiednią szybkość „orbitalną” nie będą opadać ku centrum

 pozostaną w niemal stałej odległości od centrum, formując tzw. dysk protoplanetarny.

Struktura dysku protoplanetarnego - protosłońce

W centrum dysku w miarę kurczenia, temperatura wzrasta, w gorącym centrum powstaje protosłońce a następnie Słońce.

W przypadku Układu Słonecznego wydarzyło się to ~5 mld lat temu.

Struktura dysku protoplanetarnego - planetozymale

W obszarach odległych od centrum temperatura nie jest wysoka. W obszarach złożonych z gazu i ziaren pyłu łatwo rozpoczyna się proces podobny do tego, który doprowadził do powstania dysku protoplanetarnego:

Powstają lokalne wirujące zagęszczenia materii.

Mikronowe grudki materii zlepiają się, po ~1000 lat tworzą już obiekty o rozmiarach 1 m.

Z czasem tworzą się z nich większe kilometrowe ciała zwane planetozymalami.

Planetozymale łącząc się (zderzenia), stanowiły budulec planet Układu Słonecznego .

Przekrój meteorytu Allende

(11)

Utworzenie planet – etapy pośrednie ….

Los Układu Słonecznego - komety

Część komet ulega rozpadowi.

Przyczyną są procesy fizyko-chemiczne w jądrze komety

2006, rozpad komety Schwassman-Wachmann 3

Spadek komet na Słońce

Fotografia wykonana przez sondę SOHO

Średnica tarczy Słońca

Komety

Rok 1994.

Ślady na Jowiszu po zderzeniu z fragmentami komety Shoemaker-Levi.

Fragmenty komety Shoemaker-Levi po ciasnym zbliżeniu z Jowiszem

Zderzenia komet z planetami

(12)

Część komet opuszcza US po zmianie orbity eliptycznej na hiperboliczną

„Wyrzut” komety z Układu Słonecznego

Przyszłość Układu Słonecznego

Warunki fizyczne na planetach zależą od ewolucji Słońca.

Słońce jest gwiazdą ciągu głównego typu widmowego G2.

Z upływem czasy będzie ewoluowało poprzez stadia:



stan gwiazdy stabilnej,



czerwonego olbrzyma,



mgławicy planetarnej,



białego karła,



czarnego karła.

Przyszłość Układu Słonecznego

Stan obecny potrwa do 11 Gyr

Stan białego karła Stan czerwonego pulsującego olbrzyma

Stan mgławicy planetarnej T=12.335-12.336 Gyr

Planety

Planeta Półoś wielka

Okres orbitalny

Okres obrotu

Średnica Masa Gęstość Księżyce naturalne

JA Rok Doba Km 10

²³

Kg g/cm

³

-

Merkury 0.387 0.24 58.65 4878 3.3 5.43 0

Wenus 0.723 0.62 -243.0 12100 48.7 5.24 0

Ziemia 1 1 0.99731 12756 59.8 5.52 1

Mars 1.524 1.89 1.026 6787 6.42 3.93 2

Jowisz 5.203 11.86 0.41 142800 18991 1.33 67

Saturn 9.539 29.46 0.44 120660 5686 0.69 53

Uran 19.18 64.07 -0.72 51118 868 1.27 27

Neptun 30.06 164.82 0.67 49528 1020 1.64 14

(13)

Porównanie rozmiarów ciał Układu Słonecznego

Nachylenia płaszczyzn orbit ciał w Układzie Słonecznym.

Orbita Plutona

Orbita komety Orbity planet

Nachylenie orbity Merkurego do ekliptyki i=7 stopni.

2013-12-18 56

Układ Planetarny – klasyfikacja

Planety ziemskie

Planety olbrzymy

T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi

(14)

Ziemi Fizyka i Chemia Układ Słoneczny

Fizyka i Chemia Ziemi

T.J. Jopek jopek@amu.edu.pl

IOA UAM Układ Słoneczny cz. 2

Układ Słoneczny

Układ Słoneczny stanowią:

Układ Planetarny

Słońce,

planety,

Obłok Oorta (komety)

Pas Kuipera (planety karłowate … ),

Pas planetoid (planeta karłowata …),

małe ciała:

planetki, (planetoidy),

komety.

meteoroidy,

pył i gaz międzyplanetarny.

Reguła T-B ma m.in. postać:

k a TB a Obs

Merkury 0 0.4 0.39

Wenus 1 0.7 0.72

Ziemia 2 1.0 1.00

Mars 4 1.6 1.52

? 8 2.8 ?

Jowisz 16 5.2 5.20

Saturn 32 10.0 9.54

Uran 64 19.6 19.2

J.D. Titus J.E. Bode

Odległości planet od Słońca

Reguła Tytusa Bodego z lat 1766-72

(jed. astr.)

k +

= a TB 0.4 0.3 

a

- średnia odległość planety od Słońca

Odkrycie małych planet

Giuseppe Piazzi OCR (1746-1826)‏

Ceres odkryta 1 stycznia 1801 w Palermo

1801 Ceres 1000km 1802 Pallas 580km 1804 Vesta 520km 1806 Juno 300km

Reguła T-B ma m.in. postać:

k a TB a Obs

Merkury 0 0.4 0.39

Wenus 1 0.7 0.72

Ziemia 2 1.0 1.00

Mars 4 1.6 1.52

Ceres

8 2.8 2.77

Jowisz 16 5.2 5.20

Saturn 32 10.0 9.54

Uran 64 19.6 19.2

Neptun 128 38.8 30.06

J.D. Titus J.E. Bode

Odległości planet od Słońca

Reguła Tytusa Bodego z lat 1766-72

(jed. astr.)

k +

= a TB 0.4 0.3 

a

- średnia odległość planety od Słońca

Ślady małych planet na fotografiach nieba

Pas planetoid.

Miliony obiektów o rozmiarach od 1000 km – 1m … Materiał pozostały po nieutworzonej planecie

Obiekty typu NEO – Near Earth Objects

Orbita Ziemi

NEAs Pas małych planet Orbita Jowisza

Orbita Marsa

Komety jowiszowe lub docierające z bardzo odległych obszarów, Obłoku Oorta

Obiekty typu NEO

Near-Earth-Object

2011.11.08 miało miejsce ciasne zbliżenie planetki z Ziemią

2005 YU55 (300-400 m średnica) Planetki Ida (31.4 km) i Daktyl (1.4 km) – układ dynamicznie podwójny

Misja ‘Near’

do planetoidy 433 Eros

Kometa Mc’ Naught, 27.01.2007

Jądro komety Wild 2 ~ 5 km średnicy

Warkocze - ogony komety Hale-Bopp

Budowa komety

Otoczka wodorowa

Jądro Koma Ogon pyłowy

Ogon gazowy

k a _TB a _Obs

= a _TB 0.4 0.3 

k a _TB a _Obs

= a _TB 0.4 0.3 