Fizyka i Chemia Ziemi
T.J. Jopek
jopek@amu.edu.pl IOA UAM
Temat 3: Układ Słoneczny cz. 2
2012-01-26 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 (planety karłowate …),
małe ciała:
planetki, (planetoidy),
komety.
meteoroidy,
pył i gaz międzyplanetarny.
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 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
? 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
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 3
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
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 4
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
18 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
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 5
2012-01-26 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
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 7
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 8
Obiekty typu NEO – Near Earth Objects
Orbita Ziemi
SunNEAs
Pas małych planet Orbita Jowisza
Orbita Marsa
Komety jowiszowe lub docierające z bardzo odległych obszarów, Obłoku Oorta
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 9
10
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi
Obiekty typu NEO
Near-Earth-Object
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 12
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
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 13
Misja ‘Near’
do planetoidy 433 Eros
Start 17.02.1996
Lądowanie na Erosie 12.02.2001
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 14
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 16
Kometa Mc’ Naught, 27.01.2007
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 17
2012-01-26 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
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 20
Ruch komety wokół Słońca
ogon pyłowy
ogon gazowy
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 21
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
2O 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
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 22
23
Spadek meteorytu Peekskill H6
1992, październik 9, 23:48 UT
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 23
Meteoryty
Chondryt węglisty Allende (Spadek 1969.02.08)
Próbka najmniej przetworzonego materiału z jakiego powstał
Układ Słoneczny.
Chondry
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 24
Deszcz żelazna w Canyon Diablo
Krater Barringer k. Winslow w USA
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 25
Large -> o rozmiarach 1 km i więcej
Liczba planetek typu NEA odkrytych w latach 1980 - 2011
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 26
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 27
Rozkład średnic planetek typu NEA
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 28
Eksplozja Tunguska
Rok 1908, czerwiec 30
60 55 N, 101 57 E
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 29
Układ Słoneczny
Układ Słoneczny stanowią:
Układ Planetarny
Słońce,
planety,
Obłok Oorta (komety)
Pas Kuipera (planety karłowate … ),
Pas planetoid (planety karłowate …),
małe ciała:
planetki,
komety.
meteoroidy,
pył i gaz międzyplanetarny.
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 30
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 31
Światło zodiakalne świadczy o obecności pyłu w Układzie Słonecznym
Droga mleczna
32
COBE/DIRBE - obraz nieba w podczerwieni
Zodiakalny pył w otoczeniu płaszczyzny ekliptyki
Pył międzygwiazdowy w otoczeniu płaszczyzny Galaktyki
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 32
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 33
Przykłady ziaren międzyplanetarnego pyłu
Pył pochodzenia kometarnego?
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 34
Powstanie Układu
Słonecznego
~5 mld lat temu Słońce, planety, małe ciała powstały z materii skupionejw pierwotnym obłoku pyłowo gazowym.
Przykład materii
obłoku gazu i pyłu...
Rezultat wybuchu gwiazdy supernowej
Mgławica w Orionie, M42.
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 35
Mgławica M42 (Orion A)
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 36
2012-01-26 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
37
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.
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 38
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 39
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.
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 40
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
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 41
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 42
Utworzenie planet – etapy pośrednie ….
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 43
Los Układu Słonecznego - komety
Część komet
ulega rozpadowi.
Przyczyną są procesy fizyko-chemiczne
w jądrze komety
2006, rozpad komety
Schwassman-Wachmann 3
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 44
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
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 45
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 46
Część komet opuszcza US po zmianie orbity eliptycznej na hiperboliczną
„Wyrzut” komety z Układu Słonecznego
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 47
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
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 48
Stan obecny potrwa do 11 Gyr
Stan białego karła
Stan czerwonego pulsującego olbrzyma
Stan mgławicy planetarnej
T=12.335-12.336 Gyr
2012-01-26 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 49
