Fizyka układów planetarnych. Merkury. Wykład 5

Transkrypt

1 Fizyka układów planetarnych Merkury Wykład 5

2 km -1,4 mag, 14 55, km -2,9 mag, 25 parametr Merkury Ziemia półoś wielka 0,387 j.a. 1,0 j.a. okres orbitalny 0,24 roku 1 rok okres synodyczny 0,31 roku mimośród 0,206 0,017 peryhelium aphelium 0,307 j.a. 0,467 j.a. inklinacja (kąt nachylenia płaszczyzny orbity względem ekliptyki) 7 Źródło: Hong Kong Space Museum zakres zmian mimośrodu w skali milionów lat od 0,0 do 0,45 wskutek perturbacji grawitacyjnych od innych planet dynamika newtonowska nie tłumaczy w pełni obserwowanej precesji peryhelium (5600 sekund łuku na stulecie) ujawnia się efekt ogólnej teorii względności (43 sekundy łuku na stulecie) wcześniej interpretowany jako obecność dodatkowej planety wewnątrz orbity Merkurego, nazwanej Wulkanem (Urbain Le Verrie, XIX w.)

3 km -1,4 mag, 14 pierwszy obrót 55, drugi km -2,9 mag, 25 obrót parametr Merkury Ziemia okres orbitalny 0,24 roku 1 rok okres rotacji (doba gwiazdowa) 58,65 d 0,9973 d doba słoneczna 0,48 roku 1,0 d trzeci obrót Źródło: Calvin Hamilton rezonans 2:3 dwa obiegi to 3 obroty, skutek oddziaływań pływowych Słońca i niewielkiej deformacji figury planety, w przeszłości mógł rotować szybciej (nawet z okresem 8 h) 1 dzień merkuriański = 2 lata merkuriańskie siły pływowe od Słońca są 17 razy większe od tych, jakich doświadcza Ziemia od Księżyca oś rotacji praktycznie prostopadła do płaszczyzny orbity

4 km -1,4 mag, 14 55, km -2,9 mag, 25 parametr Merkury Ziemia promień masa 2440 km (0,38 R Z ) 0, kg (0,055 M Z ) 6370 km (1,0 R Z ) kg (1,0 M Z ) śr. gęstość 5,4 g cm - 3 5,5 g cm - 3 przysp. grawit. 3,7 m s - 2 9,8 m s - 2 albedo 0,14 0,367 Źródło: LPI

5 km -1,4 mag, 14 Skorupa krzemiany 55, km km -2,9 mag, 25 płaszcz krzemiany parametr Merkury Ziemia I/(MR 2 ) 0,33 0,3308 pole magnetyczne 0,3 μt μt jądro stop Fe-Ni promień 1800 km częściowo płynne (domieszka S) Źródło: LPI HIPOTEZY planeta początkowo 2,5 razy większa, wskutek zderzenia z innym ciałem (protoplanetą?) traci znaczną część skalnego płaszcza planeta powstaje bardzo wcześnie, przez ustabilizowaniem się proto-słońca, w obszarze o temperaturze rzędu 10 5 K odparowującej materiał skalny akrecja jedynego dostępnego materiału o dużej gęstości (obfitości metali) najbardziej prawdopodobna z uwagi na odkrycie nadwyżki potasu i siarki na powierzchni, które powinny zostać odparowane w pozostałych scenariuszach

6 km -1,4 mag, 14 FALA UDERZENIOWA 55, km -2,9 mag, 25 parametr Merkury Ziemia I/(MR 2 ) 0,33 0,3308 pole magnetyczne 0,3 μt μt WIATR SŁONECZNY MERKURY OGON PLAZMOWY ŚREDNICA ZIEMI Źródło: NASA

7 km -1,4 mag, 14 55, km -2,9 mag, 25 parametr Merkury Ziemia temp. powierzchni (na równiku) K ( C) K ( C) Źródło: David Mitchell nasłonecznienie od 4,6 i 10,6 razy większe niż dla Ziemi z uwagi na rezonans okresu obiegu i rotacji niektóre obszary (λ=0 i 180 ) doświadczają bardziej ekstremalnych temperatur (średnio 2,5 razy) na przemian w kolejnych przejściach przez peryhelium w porównaniu z obszarami, w których Słońce góruje w czasie aphelium (λ=90 i 270 ) temperatura gruntu w punkcie podsłonecznym od 500 K w aphelium do 700 K w peryhelium

8 km -1,4 mag, 14 55, km -2,9 mag, 25 wybijanie przez fotony parametr Merkury Ziemia Ciśnienie atm. (przy powierzchni) trajektorie wybitych atomów Słońce hpa (masa < 1000 kg) Atomy o małej energii kinetycznej wracają po torze balistycznym hpa (1 bar) Niektóre atomy są fotojonizowane i porywane przez pole magnetyczne Źródło: NASA/JHU/APL wybijanie przez jony wybijanie przez mikrometeoryty Atomy o dużych energiach kinetycznych są porywane przez ciśnienie promieniowania od Słońca Formują rozległy warkocz w kierunku odsłonecznym Źródło: Boston University Center for Space Physics

9 Powierzchnia Hokusai jasne promienie o długości 4500 km 55, km -2,9 mag, 25 obszary bogate w tytan Kuiper Debussy wypływy lawy Paleta zbliżona do rzeczywistej Kolory wzmocnione Źródło: NASA/JHU/APL

10 Powierzchnia Obszar 170 x 130 km. Zerodowane duże kratery i młodsze mniejsze (np. po środku, 12 km średnicy) Stosunkowo młody krater Debussy o średnicy 85 km, z centralnym wzniesieniem grawitacja jest 2,3 razy silniejsza niż na powierzchni Księżyca, dlatego odłamki wyrzucane są na odległości 65% mniejsze 40% kraterów pochodzenia kometarnego (10% dla Ziemi i Księżyca, 3% dla Marsa) Źródło: NASA/JHU/APL

11 Powstanie kraterów uderzeniowych średnica krateru wyznacza empiryczna formuła: 0,11 D 2ρ m ρ 0,33 p g 0,22 p R 0,13 E 0,22 kin ( sinθ) 0,33 1/4 E kin gdzie ρ m to gęstość meteoroidu, ρ p gęstość podłoża, g p przyspieszenie grawitacyjne na powierzchni planety, R promień meteoroidu, E kin jego energia kinetyczna, θ kąt spadku promień spadku wyrzuconych odłamków wynosi r = v 2 ej sin(2ϕ), g p gdzie v ej to prędkość wyrzutu odłamków pod kątem φ. charakterystyczny czas formowania się krateru t cr = D 1/2! $ # g & " p % łączna masa wyrzuconych odłamków jest proporcjonalna do D 3 ρ p h [pronień krateru] r [pronień krateru] Źródło: Planetary Sciences

12 Powstanie kraterów uderzeniowych Małe kratery Duże kratery z centralnym wzniesieniem lub strukturą wielopierścieniową Źródło: Planetary Sciences

13 Powstanie kraterów uderzeniowych Kratery z centralnym wzniesieniem Kratery i baseny uderzeniowe ze strukturą wielopierścieniową Źródło: Planetary Sciences

14 Zliczenia kraterów a wiek Księżyc Merkury Źródło: Planetary Sciences

15 Powierzchnia Basen Caloris 1550 km młode obszary pochodzenia wulkanicznego prawdopodobne wulkany Basen Tołstoj (500 km) Zwiększony kontrast Kolory wzmocnione Źródło: NASA/JHU/APL

16 Powierzchnia Basen Rembrandta, średnica 715 km, jeden z najmłodszych ( lat), przykład basenu o strukturze wielopierścieniowej Basen Rachmaninoffa, 290 km średnicy o strukturze podwójnego pierścienia. Dno wygładzone przez lawę Źródło: NASA/JHU/APL

17 Powierzchnia Terminator w okolicach Basenu Caloris, dobrze widoczne koncentryczne pasmo gór o wysokości ok. 2 km Źródło: NASA/JHU/APL

18 Powierzchnia FALE W SKORUPIE WYBITY MATERIAŁ SKALNY PŁASZCZ OBSZAR GÓRZYSTY Górzysty obszar o rozmiarze ok. 500 km i wys. do 1,5 km, ulokowany na antypodach Basenu Caloris Źródło: NASA/JHU/APL Źródło: P.Schultz, Brown University

19 Powierzchnia Źródło: NASA/JPL Źródło: M.Robinson, Northwestern University Skarpy, klify wys. do kilku km, długość od kilkudziesięciu do kilkuset km, świadectwo kurczenia się planety (w szczególności w następstwie stygnięcia jądra) ok. 3, lat temu. Szacuje się, że promień zmniejszył się o 1 2 (<4) km. Część struktur mogła też powstać wskutek spowolnienia początkowej rotacji planety, która musiała odkształcić się z elipsoidy obrotowej do obecnie idealnej kuli.

20 Orbity planet skalistych lat wstecz