O małych księżycach wielkich planet

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "O małych księżycach wielkich planet"

Mirosław Wiśniewski
8 lat temu
Przeglądów:

1 O małych księżycach wielkich planet na podstawie artykułu Krzysztofa Goźdzewskiego, PA (44) 1996 Bartłomiej Dębski OA UJ, W Mechanice Nieba, tak jak w rachunkach dzikusów, trzy równa się dużo E. Borel

Bartłomiej Dębski OA UJ, 17-03-2011 W Mechanice

2 Wstęp... Czyli: O czym my tu dziś...? - Kształt i rozmiar. Można zaniedbad? - Modele małych planet: jak to się robi? - Problematyczne interpretacje obserwacji! - Rodeo na orbicie Saturna: Hyperion - Czy wiesz, że... Księżyc = Życie na Ziemi?

3 Ruch trzech ciał - teoria Masy punktowe Ciała próbne Gładkie i ładne pola Równania ruchu... I orbitowali długo i szczęśliwie (albo i nie)

4 Ruch trzech ciał - praktyka Ciągły lub dyskretny rozkład masy Niezaniedbywalne rozmiary ciał Skale odległościowe mają wpływ na niezaniedbywalnośd mas Analityczne wyliczanie pól grawitacyjnych Nieregularne pola generują zmienny ruch mas Parametry zmienne w czasie powodują chaotycznośd orbit

niezaniedbywalnośd mas Analityczne wyliczanie pól grawitacyjnych

5 Grawitacja w pobliżu Ziemi Musimy bardzo dokładnie znad pole w pobliży naszej planety aby satelity nie pospadały nam na głowy Obecnie potrafimy wprowadzid takie poprawki do trajektorii satelit, by ich orbity przebiegały z centymetrową dokładnością!

głowy Obecnie potrafimy wprowadzid takie poprawki do

6 A co z małymi obiektami? Pół biedy z olbrzymami Układu Słonecznego. Planety oraz największe planetoidy mają rozmiary pozwalające im na utrzymanie elipsoidalnego kształtu. A co z małymi obiektami? Jak badad ich kształt? Odpowiedź: Zdjęcia i fotometria.

7 Znamy kształt ciała ze zdjęcia. Wiedząc jaką ma topografię, możemy rozważad o średniej gęstości obserwowanego obiektu. Zakładamy zazwyczaj jednorodny rozkład gęstości masy (a mamy inne wyjście?). To prowadzi nas to wiedzy o charakterstyce bezwładności badanej bryły oraz o przybliżonym rozkładzie pola grawitacyjnego wokół niej. A to ostatecznie doprowadza do dynamiki ruchu obrotowego oraz wpływu grawitacji obiektu na jego otoczenie!

Zakładamy zazwyczaj jednorodny rozkład gęstości masy (a mamy inne wyjście?).

Super-dokładna znajomośd orbity Marinera 9 Elementy niepasujące do oryginalnych zdjęd były poprawiane

8 O poznawaniu Fobosa Posiada rozmiary ~10 km Mariner 9 zrobił mu 25 fotografii R.J. Turner zbudował jego model w skali 1: Makieta Fobosa oświetlana w sposób symulujący rzeczywiste warunki Super-dokładna znajomośd orbity Marinera 9 Elementy niepasujące do oryginalnych zdjęd były poprawiane (rzeźbione) iteracyjnie Model wymierzony z dokładnością do 1mm w 3500 punktach na powierzchni Tak powstał pierwszy model nieregularnego księżyca!

9 Era cyfrowa modelowania Małe księżyce Jowisza i Saturna modelowane jak Fobos, ale Ale za pomosą symulacji komputerowej i numerycznego przetwarzania obrazów! Rozdzielczośd zdjęd z Marinera i innych: kilka lub kilkanascie km na piksel. Problemy obserwacyjne: Pobliski b. Jasny Jowisz, dziwna krzywa zmian blasku (Np: Almatea dwie rózne elipsoidy połączone połówkami?).

Rozdzielczośd zdjęd z Marinera i innych: kilka lub kilkanascie km na piksel.

10 Tak, to są Gwiazdne Wojny. Tak mogłby wyglądad zdjęcie z sesji, na której zaprezentowano pierwszy cyfrowy model Fobosa. Hipotetycznie na zdjęciu Phillip Stooke prezentuje wyniki iteracyjnych symulacji.

Niczym pasterze strzegący owieczek Prometheus i Pandora dwa księżyce Saturna orbitujące po obydwu stronach cienkiego pasa F znajdującego się tuż za przerwą Enckego.

11 Niczym pasterze strzegący owieczek Prometheus i Pandora dwa księżyce Saturna orbitujące po obydwu stronach cienkiego pasa F znajdującego się tuż za przerwą Enckego. Podczas gdy Pandora jest regularna, to długośd i szerokośd Prometheusa sa do siebie jak 2:1. Prometheus przypomina urodziwego ziemniaka... Obydwa księżyce mają wpływ na strukturę wewnętrznego pierścienia.

Podczas gdy Pandora jest regularna, to długośd i szerokośd Prometheusa sa do siebie jak 2:1.

12 Nowe metody obserwacji Radarowa technika obserwacji! Obserwacje księżyców za pomocą radioteleskopu w Arecibo (Puerto Rico). Mierzenie opóźnienia sygnału i badanie przesunięcia dopplerowskiego. Tak tworzone modele 2D mają zdolnośd rozdzielczą nawet 10 metrów (!!!) Dokładne pozycje ciał Trójwymiarowe modele brył Stan dynamiczny badanych obiektów Informacje o ich budowie wewnętrznej (!)

Mierzenie opóźnienia sygnału i badanie przesunięcia dopplerowskiego.

15 Orbitalny walc 1966 r. Odkrycie Janusa (satelita Saturna) 1977 r. Potwierdzenie istnienia Janusa i odkrycie Epimetheusa. Były na jednym zdjęciu! 1980, 1981 r. Voyagery 1 i 2 przelatują nieopodal i robią serię zdjęd księżycom. Można wyliczyd orbity! Wyliczono orbity i... Półosie orbitalne księżyców różniły się o zaledwie 50 km przy rozmiarach księżyców rzędu setek kilometrów! Czy księżyce nie powinny się zatem zderzyd?!

Voyagery 1 i 2 przelatują nieopodal i robią serię zdjęd księżycom. Można wyliczyd orbity!

16 Ograniczone zagadnienie trzech ciał Dopuszczając oddziaływanie grawitacyjne między księżycami udowodniono analitycznie nietypowe ruchy orbitalne księżyców! Janus wraz z Epimetheusem wykonują ruchy libracyjne. Księżyce mogą się zbliżad nawet do odległości 15 stopni i wciąz się nie zderzad! Ale skąd pochodzi układ Janus-Epimetheus? Nie wiemy.

Janus wraz z Epimetheusem wykonują ruchy libracyjne.

17 Chaos tez jest rozwiązaniem Najwiekszym nieregularnym obiektem odkrytym w Układzie Słonecznym jest Hyperion, szestasty księżyc Saturna. Odkryty w 1848 roku, składa się z lodu i gruzu, masą podobny do Mimasa (k. Saturna) oraz Proteusa (k. Urana), jednak one mają kształk kulisty. Hyperion nie.

Odkryty w 1848 roku, składa się z lodu i gruzu, masą podobny do Mimasa

20 Hyperionowa zagadka Spora ekscentrycznośd orbity: e = , Chaotyczny okres orbitalny Ruch obrotowy wykazuje nieprzewidywalne i gwałtowne zmiany Istnieją stabilne rozwiązania dla jego orbity i stanu dynamicznego, ale sa one wysoce nieprawdopodobne Prowadzono obserwacje, które wykazały brak okresowości w przedziale 1-50 dni. Możemy więc przewidziec ruch Hyperiona na nie dłużej niż rok. Dlaczego Hyperion nie osiągnął kształtu elipsoidy obrotowej? Dlaczego nie wyhamował do rotacji synchronicznej??? Nereida: Super-wysoka ekscentrycznośd (e = 0.75) Chaos, chaos, chaos...

stanu dynamicznego, ale sa one wysoce nieprawdopodobne Prowadzono obserwacje, które wykazały brak okresowości w przedziale 1-50 dni.

21 A co z dużymi ciałami niebieskimi? Jeśli małe ksieżyce są podejrzane o ruchy chaoteczne, to może i większe ciała też...? Tak! Dokładniej: J. Laskar udowodnił, że cały Układ Słoneczny, z punktu widzenia dynamiki orbitalnej, jest na granicy stabilności. W ogóle stabilnośd jest dziwna w przyrodzie. Modele ruchu Układu Słonecznego dobre na kilka milionów lat, nie więcej.

22 Wiedza a życie Nachylenia osi obrotu planet mogą się nieznacznie zmieniad. Na przykład Mars (rotacja chaotyczna). A Ziemia? Na Ziemię działa stabilizująco Księżyc. Gdyby nie było Księżyca, to zmiany osi obrotu sięgałyby nawet 85 stopni. Zmiana o 60 stopni następowałaby typowo co 2 miliony lat. Nasłonecznienie Bałtyku zmianiałoby się z dwukrotną mocą co cykl. Życie mogłby mied problemy aby powstac w takich warunkach. Planeta, na której miałoby powstad życie, musiałaby mied nie tylko odpowiedni dystans do macierzystej gwiazdy, ale i odpowiednio dużego satelitę!

23 Koniec? Dziękuje za uwagę!

Podobne dokumenty

Wykład 5 - całki ruchu zagadnienia n ciał i perturbacje ruchu keplerowskiego

Wykład 5 - całki ruchu zagadnienia n ciał i perturbacje ruchu keplerowskiego 20.03.2013 Układ n ciał przyciągających się siłami grawitacji Mamy n ciał przyciągających się siłami grawitacji. Masy ciał oznaczamy