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 1766-72 Odkrycie małych planet k a TB a Obs (jed. astr.) Mercury 0 0.4 0.39 Venus 1 0.7 0.72 Earth 2 1.0 1.00 Mars 4 1.6 1.52? 8 2.8? Jupiter 16 5.2 5.20 Saturn 32 10.0 9.54 Uranus 64 19.6 19.2 Neptune 128 38.8 30.06 J.D. Titus J.E. Bode Reguła T-B ma m.in. postać: a TB = 0.4+ 0.3 k a TB - średnia odległość planety od Słońca Giuseppe Piazzi OCR ( 1746-1826 ) Ceres odkryta 1 stycznia 1801 w Palermo 1801 Ceres 1000km 1802 Pallas 580km 1804 Vesta 520km 1806 Juno 300km 3 4 1
Odległości planet od Słońca Reguła Tytusa Bodego z lat 1766-72 k a TB (jed. astr.) 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 Reguła T-B ma m.in. postać: a TB = 0.4+ 0.3 k a TB - średnia odległość planety od Słońca Ślady małych planet na fotografiach nieba 2016-01-11 5 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 6 Pas planetoid. Miliony obiektów o rozmiarach od 1000 km 1m Materiał pozostały po nieutworzonej planecie 7 8 2
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 9 10 2005 YU55 (300-400 m średnica) Planetki Ida (31.4 km) i Daktyl (1.4 km) układ dynamicznie podwójny 2011.11.08 miało miejsce ciasne zbliżenie planetki z Ziemią 12 13 3
Misja Near do planetki 433 Eros Lądowanie na Erosie 12.02.2001 Start 17.02.1996 Kometa Mc Naught, 27.01.2007 2016-01-11 14 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 2016-01-11 17 T.J.Jopek, Fizyka i chemia Ziemi 18 4
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 20 21 Sonda Rosetta osadzenie próbnika Philae na komecie 67P/Czuriumow-Gierasimienko 2 km Sonda Rosetta osadzenie próbnika Philae na komecie 67/P 22 23 5
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 24 25 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 26 27 26 6
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. 28 29 Deszcz meteorytów żelaznych w Canyon Diablo Krater Barringera k. Winslow w USA Liczba planetek typu NEA odkrytych w latach 1980-2011 30 31 Large -> o rozmiarach 1 km i więcej 7
Eksplozja Tunguska <<1% 4% 39% 60 55 N, 101 57 E Rok 1908, czerwiec 30 87% Rozkład średnic planetek typu NEA 32 34 Superbolid czelabiński 2013.02.15 3:20 UTC Superbolid czelabiński 2013.02.15 3:20 UTC V 17.5 km/sek D 20 m ρ 3 g/cm 3 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 Jezioro Czebarkuł 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. 35 36 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. Droga mleczna Światło zodiakalne świadczy o obecności pyłu w Układzie Słonecznym 37 38 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 39 40 39 9
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 41 42 Spadek komety na Słońce Zderzenia komet z planetami Fragmenty komety Shoemaker-Levi po ciasnym zbliżeniu z Jowiszem O jedną kometę mniej 43 Rok 1994. Ślady na Jowiszu po zderzeniu z fragmentami komety Shoemaker-Levi. 44 10
Wyrzut komety z Układu Słonecznego 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 Część komet opuszcza US po zmianie orbity eliptycznej na hiperboliczną 45 Porównanie rozmiarów ciał Układu Słonecznego Porównanie rozmiarów ciał Układu Słonecznego 11
Układ Planetarny orbity niemal kołowe Porównanie planet ziemskich: Wenus, Ziemi i Marsa Planety olbrzymy Planety ziemskie Układ Planetarny jest płaski Niewielkie wzajemne nachylenia orbit 50 51 Wenus, Ziemia i Mars Mars: 3.9 mld lat temu występuje ciekła woda Mają podobną początkową historię Powstały ~4.6 mld lat temu w wyniku zderzeń (sklejania się) składowej pyłowej mgławicy proto-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 12
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 2 95.3% 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. 56 57 13
Wenus dzisiaj Ziemia dzisiaj Atmosfera Wenus: P= 9.2 MPa, T= 470 o C CO 2 96.5% N 2 3.5% SO 2 0.015% H 2 O 0.002% Atmosfera Ziemi: P= 0.1 MPa, T= 0 o C N 2 78% O 2 21% Ar 1% CO 2 0.04% H 2 O 0.4% 58 występują zawierające H 2 SO 4 59 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=6370.140 km T=20 km L=3 km 60 61 14
Koniec cz.2 62 15