a TB - średnia odległość planety od Słońca Giuseppe Piazzi OCR ( )

Transkrypt

1 Fizyka i Chemia Ziemi Układ Słoneczny cz. 2 T.J. Jopek jopek@amu.edu.pl IOA UAM 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. 1 2 Odległości planet od Słońca Reguła Tytusa Bodego z lat Odkrycie małych planet k a TB a Obs (jed. astr.) Mercury Venus Earth Mars ? 8 2.8? Jupiter Saturn Uranus Neptune J.D. Titus J.E. Bode Reguła T-B ma m.in. postać: a TB = k a TB - średnia odległość planety od Słońca Giuseppe Piazzi OCR ( ) Ceres odkryta 1 stycznia 1801 w Palermo 1801 Ceres 1000km 1802 Pallas 580km 1804 Vesta 520km 1806 Juno 300km 3 4 Odległości planet od Słońca Reguła Tytusa Bodego z lat k a TB (jed. astr.) a Obs Merkury Wenus Ziemia Mars Ceres Jowisz Saturn Uran Neptun J.D. Titus J.E. Bode Reguła T-B ma m.in. postać: a TB = k a TB - średnia odległość planety od Słońca Ślady małych planet na fotografiach nieba T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 6 1

2 Pas planetoid. Miliony obiektów o rozmiarach od 1000 km 1m Materiał pozostały po nieutworzonej planecie 7 8 Obiekty typu NEO Near Earth Objects Pas małych planet Orbita Jowisza Orbita Marsa Orbita Ziemi Sun Obiekty typu NEO NEAs Near-Earth-Object Komety jowiszowe lub docierające z bardzo odległych obszarów, Obłoku Oorta YU55 ( m średnica) Planetki Ida (31.4 km) i Daktyl (1.4 km) układ dynamicznie podwójny miało miejsce ciasne zbliżenie planetki z Ziemią

3 Misja Near do planetki 433 Eros Lądowanie na Erosie Start Kometa Mc Naught, T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 16 Budowa komety Ogon pyłowy Otoczka wodorowa Ogon gazowy Jądro komety Wild 2 ~ 5 km średnicy Jądro Koma Warkocze - ogony komety Hale-Bopp T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 18 Ruch komety wokół Słońca Fizyko-chemiczny model jądra komety brudna śniegowa kula ogon gazowy ogon pyłowy Autor modelu kometarnego jądra F.L. Whipple. 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. Fizyczna aktywność jądra komety

4 Sonda Rosetta osadzenie próbnika Philae na komecie 67P/Czuriumow-Gierasimienko 2 km Sonda Rosetta osadzenie próbnika Philae na komecie 67/P Kometa 67/P Rozpad komet i planetoid 73P/Schwassmann 3 1/P Halley Cele misji: 1. wygląd jądra komety, 2. morfologia powierzchni, 3. skład jądra: chemia, 4. skład izotopowy, 5. skład mineralogiczny, 6. własności fizyczne, 7. aktywność jądra. C/1999 S4 Symulacja zderzenia dwóch małych planet Spadek meteorytu Peekskill H6 Meteoryty ~10 meteorytów, dla których wyznaczono ich orbity 1000 meteorytów znaleziono obserwując ich spadek (obs. wizualna, przypadkowa), znacznie więcej znajduje się w muzeach, kolekcjach prywatnych. 1992, październik 9, 23:48 UT Zbieranie meteorytów na Antarktydzie

5 Podział meteorytów Do najważniejszych typów należą meteoryty: żelazne; zwykle w 100% z metali (żelazo, nikiel), kamienne; składają się z kamieni z niewielkim dodatkiem żelaza, żelazo-kamienne; mieszanina kamieni, metali w różnych proporcjach Figury Widmanstaettena w meteorytch żelaznych Podział meteorytów Wiele meteorytów kamiennych zawiera sferyczne milimetrowe inkluzje zwane chondrami, występujące wyłącznie w meteorytach. Takie meteoryty nazywane są chondrytami. Chondry prawdopodobnie powstały drogą kondensacji materiału w mgławicy słonecznej. Jednak w przeszłości mogły ulec parokrotnemu nagrzaniu a nawet stopieniu. Ale nie doznały zmian metamorficznych przekształcających je w struktury znane pośród skał ziemskich. Szczególne znaczenie mają chondryty węgliste zawierające dużo węgla, do 4%. Stanowią klasę meteorytów najbardziej zbliżonych do ciał powstałych w wyniku akrecji materii w mgławicy słonecznej. Uważa się, że meteoryty kamienne składają się na płaszcz i skorupę planet ziemskich. Achondryty są to meteoryty kamienne nie zawierające chondr. Doznały przemian metamorficznych, zawierają mniej żelaza. Są w pełni skrystalizowane jak skały ziemskie Deszcz meteorytów żelaznych w Canyon Diablo Krater Barringera k. Winslow w USA Liczba planetek typu NEA odkrytych w latach Large -> o rozmiarach 1 km i więcej Eksplozja Tunguska <<1% 4% 39% N, E Rok 1908, czerwiec 30 87% Rozkład średnic planetek typu NEA

6 Superbolid czelabiński :20 UTC Superbolid czelabiński :20 UTC V 17.5 km/sek D 20 m ρ 3 g/cm 3 Samoloty F16, 18 ~Mach km/s Concorde Mach km/s Boeing 747 Mach km/s S. czelabiński Mach 50 Jezioro Czebarkuł Energia kinetyczna równoważna 460 kt trotylu (TNT) razy więcej niż ilość energii uwolnionej podczas eksplozji bomby atomowej nad Hiroszimą. Energia ta nie została uwolniona w jednym momencie. Część zaabsorbowała atmosfera 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. Droga mleczna Światło zodiakalne świadczy o obecności pyłu w Układzie Słonecznym Pył międzygwiazdowy w otoczeniu płaszczyzny Galaktyki Zodiakalny pył w otoczeniu płaszczyzny ekliptyki Przykłady ziaren międzyplanetarnego pyłu Pył pochodzenia kometarnego? COBE/DIRBE - obraz nieba w podczerwieni

7 Los komet Spadek komet na Słońce Część komet ulega rozpadowi. Przyczyną są procesy fizyko-chemiczne w jądrze komety Średnica tarczy Słońca 2006, rozpad komety Schwassman-Wachmann 3 Komety Fotografia wykonana przez koronograf sondy SOHO Spadek komety na Słońce Zderzenia komet z planetami Fragmenty komety Shoemaker-Levi po ciasnym zbliżeniu z Jowiszem O jedną kometę mniej 43 Rok Ślady na Jowiszu po zderzeniu z fragmentami komety Shoemaker-Levi. 44 Wyrzut komety z Układu Słonecznego Planety Planeta Półoś wielka Okres orbitalny Okres obrotu Średnica Masa Gęstość Księżyce naturalne JA Rok Doba Km Kg g/cm 3 - Merkury Wenus Ziemia Mars Jowisz Saturn Uran Neptun Część komet opuszcza US po zmianie orbity eliptycznej na hiperboliczną 45 7

8 Porównanie rozmiarów ciał Układu Słonecznego Porównanie rozmiarów ciał Układu Słonecznego Układ Planetarny orbity niemal kołowe Porównanie planet ziemskich: Wenus, Ziemi i Marsa Planety olbrzymy Planety ziemskie Układ Planetarny jest płaski Niewielkie wzajemne nachylenia orbit Wenus, Ziemia i Mars Mars: 3.9 mld lat temu występowanie ciekłej wody Mają podobną początkową historię Powstały ~4.6 mld lat temu w wyniku zderzeń (sklejania się) składowej pyłowej mgławicy słonecznej po wielkim bombardowaniu (4 mld lat temu) pierwotna powłoka gazowa pochodzenia wulkanicznego i kometarnego uległa zróżnicowaniu na: - atmosferę składającą się głównie z CO 2 - i na ocean wypełniony w większości H 2 O Dalsza historia tych planet przebiegała odmiennie. 52 Świadczą o tym miejsca gdzie były kiedyś oceany, doliny rzeczne, pochodzenie niektórych minerałów 53 8

9 Mars Mars: występowanie ciekłej wody dzisiaj? Pod koniec Wielkiego Bombardowania Mars: ochłodził się powód? zmiana orbity (??), ustaje tektonika płyt, pochłanianie CO 2, sublimacja i fotoliza H 2 O, pochłanianie O 2 tlenki żelaza (kolor czerwony) Woda w postaci stałej: pod czapami polarnymi, w kraterach? w warstwie przygruntowej (spękania na powierzchni (dnie) oceanów 54 Wizja artystyczna! 55 Mars dzisiaj Wenus Atmosfera Marsa: P= 6 hpa, T= -63 o C CO % N 2 2.7% CO 11.8% H 2 O 0.003% Po Wielkim Bombardowaniu: ogrzanie powierzchni efekt cieplarniany CO 2, wyparowanie wody, fotoliza wody na H 2 i O 2, H 2 osiągają II-szybkość kosmiczną ucieczka z Wenus wnętrze planety szybko stygnie: brak magnetosfery i tektoniki płyt Wenus dzisiaj Ziemia dzisiaj Atmosfera Ziemi: Atmosfera Wenus: P= 0.1 MPa, T= 0 o C N 2 78% O 2 21% Ar 1% CO % H 2 O 0.4% P= 9.2 MPa, T= 470 o C CO % N 2 3.5% SO % H 2 O 0.002% 58 występują zawierające H 2 SO

10 Szczególne cechy planety Ziemi Względne rozmiary atmosfery i warstwy powierzchniowej, w których może żyć człowiek dygresja 1. Jedynie na Ziemi w obfitości występuje woda w postaci ciekłej i stałej. 2. Jako jedyna posiada atmosferę bogatą w tlen. 3. Jedyna planeta z rozległymi obszarami skał bogatych w krzem (granit). 4. Jedyna z planet ziemskich posiadająca silne pole magnetyczne. 5. Jako jedyna z planet posiada szczególny ruch płyt litosferycznych. W wyniku tej tektoniki na Ziemi doszło do utworzenia tzw. dwu-modalnego rozkładu wysokościowego. Powierzchnie lądów są usytuowane wyraźnie wyżej od powierzchni dna oceanów. Takiej separacji nie widzimy na innych planetach. 6. Jako jedyna z planet ziemskich posiada dużych rozmiarów Księżyc. Równikowy promień Ziemi Wysokość atmosfery Głębokość pod powierzchnią Ziemia w skali pomarańczy o r=5 cm W tej skali warstwa, w której może żyć człowiek ma grubość T LP T L r 0.02 cm R R= km T=20 km L=3 km Koniec cz