Solsystemet Hvordan ble det dannet?

Presentasjon om: "Solsystemet Hvordan ble det dannet?"— Utskrift av presentasjonen:

1 Solsystemet Hvordan ble det dannet?
Sola og planetene – en kort presentasjon Hvorfor er Pluto ”kastet ut”? - Dvergplaneter Asteroider / kometer / meteorer

2 En appetittvekker: 1. oktober 2010 Ligger i «Gullhår-sonen»
Men det som gjør planeten så spesiell, er at den ligger i det forskerne kaller «Gullhår-sonen». Det vil si at den befinner seg i en avstand fra en stjerne der det hverken er for varmt eller for kaldt til å ha flytende vann. Hittil har man funnet over 400 planeter utenfor vårt eget solsystem, såkalte eksoplaneter. Problemet har bare vært at de fleste er gasskjemper, noe som gjør at de ikke kan støtte liv slik vi kjenner det. – Vi har sett planeter på begge sider av den beboelige sonen. En for varm, og en for kald. Nå har vi funnet en i midten som er akkurat passe, sier Steven Vogt ved universitetet i California. Gjennomsnittstemperaturen på planeten anslås til et sted mellom 31 og 12 minusgrader, men kan variere kraftig fra den lyse til den mørke siden. – Kan være veldig vanlig En side av planeten er nemlig alltid vendt mot stjernen den går i bane rundt. Den mest gjestmilde delen av planeten vil derfor være stripen mellom den lyse og den mørke delen, mener Voigt.

3 Solsystemets dannelse – noen hovedtrekk
Rester fra tidligere stjerneeksplosjon… …presses sammen til en lokal gassky av ”stjernevind”, trykk fra supernovaeksplosjoner, etc Støv- og gasskyen har rotasjon og/eller virvler Skyen trekker seg sammen og ”klumper” seg: Akresjon (”klumper og smålegemer hekter seg sammen”) Gravitasjonskollaps (masse trekkes mot midten og frigjør potensiell energi) Kondensasjon (gass kjøles ned og blir til væske eller fast stoff) Tetthet og trykk i sentrum av skyen vokser  ”protostjerne” gassen som danner en planet, faller sammen i sitt eget tyngdefelt. Denne prosessen kan i beste fall bare virke langt borte fra tidekrefter, dvs. fra sola. Tidekreftene, som er forskjeller i solas tiltrekningskraft over utstrekningen av gassklumpen, vil hindre den flyktige gassen i å samle seg og blir fort sterkere enn den sammenbindende gravitasjonen i selve protoplanetmassen Kondensasjon og akresjon beskriver hvordan gass og støv samler seg til større kropper som så blir til planeter. Det er slik man tror de indre planetene er dannet. Og man mener at de samme to prosessene har startet dannelsen av de ytre planetene ved først å danne kjernene i disse planetene av stein og ismaterialer. I det følgende ser vi på stadiene i kondensasjons og akresjonsprosessene.

4 med varmt sentrum og kald periferi når
Beregninger viser at en uregelmessig formet gassky utvikles til en roterende diskosform med varmt sentrum og kald periferi når Gravitasjonskrefter trekker massen sammen Skyen roterer og/eller inneholder virvler Det inntreffer kollisjoner mellom fortettinger/partikler/ smålegemer i skyen Dette kan simuleres, og gir brukbar overensstemmelse med det vi observerer Lenke til Friedman&Kaufmann

5 Dannelse av nye stjerner (med planet-systemer. ) foregår bl. a
Dannelse av nye stjerner (med planet-systemer?) foregår bl.a. i Oriontåken A Hubble Space Telescope view of a small portion of the Orion Nebula reveals five young stars. Four of the stars are surrounded by gas and dust trapped as the stars formed, but were left in orbit about the star. These are possibly protoplanetary disks, or "proplyds," that might evolve on to agglomerate planets

6 Da sola ble ”tent”, varmet den opp de indre delene av solsystemet, og lett fordampelige stoffer ble blåst utover av solvinden (partikkelstrømmen fra sola). Derfor består de jordlignende planetene (Merkur, Venus, Jorda og Mars) av tyngre grunnstoffer som kondenseres ved høy temperatur, mens de ytre planetene består mest av lettere gasser. Hvordan forklarer teorien at fordelingen av grunnstoffer er forskjellig hos de indre og de ytre planetene? Dette har å gjøre med hvor i planetskiva de forskjellige grunnstoffene kan kondensere idet sentralobjektet, sola, varmes opp. I området i planetskiva hvor vi finner de indre planetene, er temperaturen høy, men stein og metaller kan likevel i varierende grad kondensere og vi får dannet steinplaneter. Mer flyktige gasser, især inkludert vann i gassform, kan først kondensere mye lenger ute hvor vi finner de ytre planetene. Solvinden hos den unge sola blåste disse gassen ut i den ytre del av solsystemet. Her kondenserer de, gjerne direkte til fasen for is og bidrar til kjernene til det som blir kjempe-planeter, sammen med det som måtte finnes av tungt fordampelige silikater og metaller. (Merk at ”frysepunktet for vann i denne figurene ligger ved ca 150K, langt under 0 C eller 273 K. Dette skyldes det lave trykket.)

7 Dannelsen av planetsystemet - observasjoner som må stemme med modellen/forklaringen
Hver planet ligger ca. dobbelt så langt fra sola som den foregående. Alle planetbanene ligger i nesten samme plan, i ekliptikkplanet – Merkur og Pluto har mest avvik. Alle planetene går rundt sola samme vei som sola roterer rundt sin egen akse. De fleste banene er nesten sirkulære, med ε ∼ , unntakene er Merkur og Pluto.

8 Flere observasjoner som må stemme med modellen
Planetene og mange måner roterer rundt egne akser i samme retning som omløpet rundt sola (unntak: Uranus og Venus). Planetene har 99% av rotasjonsmengden mens sola har 99% av massen. Systematiske forskjeller i kjemisk sammensetning mellom planetene gir en mindre andel av lette grunnstoffer i den indre del av solsystemet.

9 Hvor kommer spinnet fra
Hvor kommer spinnet fra? En opprinnelig rotasjon av gass-skya lager ikke bare et problem, idet vi må bli kvitt spinnet i sentralobjektet. Det er også nødvendig med spinn for å få dannet en planetskive hvor planetene kan kondensere. Spinnet forklarer også de ensartede forhold med hensyn til rotasjons- og omløpsretninger for planetene, samt hvorfor de fleste rotasjonsaksene står nesten loddrett på hovedplanet i solsystemet Hvor kommer så det opprinnelige spinnet fra? En stor gass sky som mange stjerner og planetsystemer dannes fra, har trolig ikke mye netto spinn. En mulighet som illustreres her, er turbulens i store virvler i skya. Planetsystemet kondenserte ut av en begrenset og liten del av skya som inneholdt et avgrenset antall store virvler. Selv om den store skya totalt har lite eller ikke noe netto spinn, for eksempel fordi motsatt roterende virvler oppveier hverandre, så kan en avgrenset del av skya ha et netto spinn nettopp fordi den inneholder et begrenset, endelig antall virvler som ikke kansellerer ut. En helt annen forklaring kan være at skyene, som hver enkelt stjerne dannes fra, vinner netto spinn ved at de passerer nær andre skyer - ”kolliderer” med dem. Merk at vi her tenker oss at sola og planetsystemet dannes av bare en liten sub-sky i en mye større interstellar gass sky. Dette er ikke en vilkårlig antagelse, men noe vi observerer i områder der nye stjerner dannes i dag. En stor gass sky som mange stjerner og planetsystemer dannes fra, har trolig ikke mye netto spinn (motsatt roterende virvler opphever hverandre). Vi kan tenke oss at vårt planetsystemet kondenserte ut av en begrenset del av skya som inneholdt noen få store virvler.

10 Hvorfor er mest masse samlet i Sola, mens mest spinn er samlet i planetene?
Overføring av spinn fra indre til ytre deler av systemet ved - Magnetisk bremsing - Friksjon hvordan har vi fått flyttet 99% av massen inn i sentralobjektet, sola, uten å ta med en like stor brøkdel av spinnet? En så raskt spinnende sol som man da ville få, kan for øvrig knapt nok dannes. Den ville rives sund. Man trenger derfor en mekanisme som kan skille masse fra spinn. Magnetisk nedbremsing kan være en del av forklaringen. Det har sammenheng med at stjerner (og sola) har magnetfelt, men det skal vi ikke komme nærmere inn på her. En annen god forklaringer er at friksjon i gass-skiven, protoplanetskiven, gjør at spinn transporteres utover samtidig som massen går innover.

11 Oppsummering – solsystemets dannelse
Supernovaeksplosjon Fortetning Gravitasjonskollaps + tilførsel av grunnstoffer tyngre enn hydrogen (sola kan være en 3dje generasjons stjerne). En opprinnelig rotasjon av skya for å få dannet en planetskive. Solsystemet har hatt omtrent sin nåværende form i 4,6 milliarder år.

12 Bli med på en reise gjennom solsystemet!
12

13 Solsystemet består av: sola, de ni planetene, Ca 170 måner...
åtte Omtrent korrekte relative størrelser, men IKKE korrekte avstander mellom planetene! Antall kjente måner øker stadig. NB! Data om antall måner for alle planeter oppdatert feb06 i denne presentasjonen ...samt et stort antall smålegemer (kometer og asteroider) 13

14 Litt om solsystemet Avstander i vårt solsystem
9 planeter, gass- og faste. Indre og ytre. Ligger i omtrent samme plan (Pluto avviker mest fra dette). Hva vi mener med en ”planet” 14

15 Solsystemet i målestokk 1:10 milliarder
Solas størrelse: 14 cm i diameter (som en stor grapefrukt) Avstanden til: Merkur m Venus m Jorda m Mars m Jupiter m Saturn 140 m Uranus 290 m Neptun 450 m Pluto 600 m Hvor langt er det til nærmeste stjerne i denne målestokken? 4000 km (avstanden fra Oslo til Kairo) ! ronh/solar_system/index.html 15

16 Sola Diameter: 109 X jordas diameter
Masse: 99,8 % av all masse i solsystemet Sola er vår nærmeste stjerne. Den produserer energi ved fusjon av atomkjerner. Hvert sekund omdannes 700 mill. tonn hydrogen til 695 mill. tonn helium. Massen går over til energi etter Einsteins formel E = mc2. I gresk mytologi kaltes sola Helios; romerne kalte den Sol. Stjerne: Lyser SELV, pga kjernereakjoner. Planeter, kometer, måner med mer reflekterer sollyset som speil. 16

17 Merkur Diameter: 0,1 X jordas Omløpstid: 0,2 år Bane: svært eksentrisk
Overflate: Fast, med kratre. Tynn atmosfære Måner: Ingen kjente Merkur var romernes gud for handel, reiser og tyveri. Temperaturvariasjonene på Merkur er de mest ekstreme i solsystemet, de skifter mellom – 180 grader C og over 400 grader C. 17

18 Venus Diameter: 0,9 X jordas (kalles ofte "jordas tvilling")
Omløpstid: 0,6 år Bane: nesten sirkulær Overflate: Fast, få kratre. Tett atmosfære Måner: Ingen kjente Venus var romernes gudinne for kjærlighet og skjønnhet. Det mest lyssterke himmellegemet sett fra jorda (bortsett fra månen og sola). Roterer sakte (en dag er omtrent lik et år). Høyest overflatetemperatur i solsystemet (ca 470 grader C) – bly smelter Den 8. juni 2004 passerte Venus mellom jorda og sola. Dette kunne man se som en sort prikk som beveget seg over solskiven Roterer motsatt vei av jorda 18

19 Jorda Omløpstid: 1 år Overflate: Fast, med vulkansk akti- vitet, plate- tektonikk og mye vann. Atmosfære. Måner: Én (månen). Romernes jord-gudinne var Tellus. Den tetteste (tyngste i forhold til volumet) av alle planetene. Antakelig den eneste med liv. Eneste planet hvor vann kan eksistere i flytende form på overflaten. 19

20 Mars Diameter: 0,5 X jordas Omløpstid: 2 år Bane: ganske eksentrisk
Overflate: Fast, med kratre, vulkaner (største kjente). Tynn atmosfære Måner: Phobos og Deimos Mars har det største fjellet i solsystemet – vulkanen Olympus mons. Grundig studert av romsonder. Har antakelig hatt flytende vann på overflaten tidligere. Har polkalotter av vann-is og CO2 i fast form ("tørris") Hvis det er eller har vært liv på Mars, så har vi ennå ikke funnet det. Mars var romernes krigsgud. 20

21 Jupiter Diameter: 11 X jordas Omløpstid: 12 år
Overflate: Gass, med sterke vinder Måner: Over kjente, bl.a. Io, Europa, Ganymedes og Callisto Ringer: To Jupiter var gudenes konge i romersk mytologi. Solsystemets gigant. Har en stor, rød flekk på overflaten (bredden tilsvarer to jordkloder) – et permanent stormsenter. Observasjon av de fire store Jupiter-månene spilte en viktig rolle i Galileos kamp for å få gjennomslag for det heliosentriske system. Mer enn dobbelt så massiv som alle de andre planetene til sammen 21

22 Saturn Diameter: 9 X jordas Omløpstid: 30 år Overflate: Gass
Måner: 34 navngitte, bl.a. Titan, Rhea, Dione, Tethys. Ringer: 3 lett synlige Saturn var romernes gud for jordbruk. Jupiters far. Minst tetthet av alle planetene Ringene består av utallige små partikler i hver sin bane 22

23 Uranus Diameter: 4 X jordas Omløpstid: 84 år
Overflate: Gass Oppdaget: 1781. Måner: Minst 27, bl.a. Titania, Oberon, Umbriel, Ariel og Miranda. Ringer: Ja, lite synlige Uranus var den eldste av de romerske gudene, Saturns far. Den første av planetene som ble oppdaget i nyere tid. Rotasjonsaksen ligger nesten i baneplanet, så Uranus ”ruller som en fotball” langs banen sin. 23

24 Neptun Diameter: 4 X jordas Omløpstid: 165 år
Overflate: Gass, meget sterke vinder Oppdaget: 1846 Måner: 13 kjente; Triton er den største Ringer: Ja, lite synlige Neptun var havguden hos romerne. Siden Plutos bane er så eksentrisk krysser den lille planeten noen ganger Neptuns bane slik at Neptun faktisk er den planeten som er lengst vekk fra Solen noen år. Neptuns blå farge kommer hovedsakelig av at det røde i sollyset absorberes av metan i de øvre atmosfærelagene 24

25 Pluto – nå dvergplanet Diameter: 0,15 X jordas Omløpstid: 248 år
Oppdaget: Overflate: Fast Måner: 3 kjente (Charon den desidert største) I romersk myto- logi hersket guden Pluto over døds- riket. I gresk mytologi var Charon fergeman- nen over elva Styx. Ble fratatt planetstatus i 2006 Solsystemets minste planet. Banen heller hele 17 grader med ekvatorialplanet. Månen Charon er så stor i forhold til Pluto at de to kan karakteriseres som en ”dobbeltplanet” Er Pluto egentlig en planet??? Også Pluto ”ruller langs banen” 25

26 Asteroidebeltet Det finnes tusenvis av kjente asteroider og utvilsomt mange flere vi ikke har oppdaget ennå. De fleste asteroidene går i bane mellom Mars og Jupiter. En japansk romsonde forsøkte å lande og ta prøver på en asteroide i november prosjektet var delvis mislykket – den krasjet i stedet for å lande, og så vidt jeg forstår er det usikkert om den kommer til å kunne gi nyttig info. 26

27 Kometer Kometer er små legemer som går i svært eksentriske baner rundt sola. De kalles av og til "skitne snøballer" fordi de består av en blanding av is og støv. Når de nærmer seg sola, dannes lange "haler" av støv og gass etter kometene. Halen vender alltid bort fra sola. En av de mest kjente kometene er Halleys komet. Den er nevnt i kinesiske nedtegnelser fra år 240 f.Kr., og vises på Bayeux-teppet, som hedrer normannernes erobring av England i 1066. Kometer stammer antakelig fra Kuiperveltet og/eller oorts sky. Romsonden Deep Impact kræsjet inn i kometen Tempel 1 den 4. juli 2005, og ga oss et ”kikkhull tilbake mot solsystemets opprinnelse”. Komet Hale-Bopp, 1997 27

28 Kuiperbeltet og Oorts sky
Kuiperbeltet er et skiveformet belte (i solsystemets plan) av små is-legemer som går i bane utenfor Neptun. Oorts sky er en kuleskall-formet sky av smålegemer som astronomene tror kan omgi solsystemet ca ganger lenger ute enn jorda. Objektet Sedna ble oppdaget i 2004 og er det fjerneste objektet vi vet om som går i bane rundt sola, mellom Kuiperbeltet og Oorts sky. Det antas at kometer kommer fra Kuiperbeltet og/eller Oorts sky. Objektene i disse beltene stammer fra solsystemets tilblivelse. I 2004 ble oppdagelsen av et objekt kalt 2003 VB12 "Sedna" annonsert. Den viste seg å gå i bane mellom Kuiperbeltet og det vi før trodde var den indre delen av Oorts sky. Kanskje dette objektet er den første av en ny klasse av "indre Oorts sky" objekter. Sedna er det fjerneste objektet vi vet om som går i bane rundt sola. Den er ti ganger så langt unna som Pluto, og Sedna er bare litt mindre enn Pluto. Enkelte hevder at Triton, Pluto og Charon i virkeligheten er de største eksemplene på Kuiper-objekter. Men selv om det er tilfelle, vil det aldri endre den offisielle betegnelsen på Pluto som en planet av historiske årsaker. Kuiperbelte-objektene er mer enn fjerne kuriositeter. De er relativt urørte levninger av "ur-tåken" som skapte solsystemet. Sammensetningen og fordelingen av objektene gir føringer for hvilke modeller vi kan lage av solsystemets utvikling. 28

29 Kuiperbeltet og Oorts sky
Vi vet om minst ett objekt i Kuiperbeltet som er større enn Pluto, men av historiske grunner kommer vi antakelig til å beholde betegnelsen ”planet” på Pluto, og vi kommer sannsynligvis IKKE til å ”opphøye” nye objekter til planetstatus. Oorts sky ligger omkring et lysår ute – en fjerdedel av avstanden til nærmeste stjerne. Det er enå ikke bekreftet at Oorts sky eksisterer, men mye tyder på det. 29

30 Pluto – nå dvergplaneten Pluto
Charon

31 Asteroiden Ceres Ceres ble oppdaget i 1801
Den ligger i asteroidebeltet mellom Mars og Jupiter Ceres er stor sammenlignet med andre asteroider og er nesten kuleformet Nå, - en dvergplanet

32 UB313 - Eris (før kalt Xena)
Eris ble oppdaget i 2005 (på bilder tatt i 2003) Litt større enn Pluto 2,5 ganger så langt borte som Pluto Eksentrisk bane, - som Pluto Eris var gudinnen for uenighet. Dysnomia, guden for lovløshet, var hennes datter Dysnomia

33 Planet-definisjon En planet er et himmellegeme som
går i bane rundt Sola (eller en anen stjerne) har tilstrekkelig masse til at egengravitasjonen avrunder det har rensket nabolaget rundt banen sin. En dvergplanet er et himmellegeme som er i bane rundt Sola IKKE har rensket nabolaget rundt banen sin ikke er en måne. Alle andre objekter, unntatt måner, som er i bane rundt Sola skal bli referert til som smålegemer i solsystemet.

34 Bilde fra Wikimedia Commons

35 Noen aktiviteter knyttet til solsystemet
Lag et solsystem i riktig skala ute på bakken (kanskje må dere kutte ut Pluto fordi den blir for langt unna). Hvis planetene også skal være i riktig størrelsesforhold, kan de f.eks. være frukter – pepperkorn, erter, epler, plommer etc (i denne målestokken blir sola over 1 meter i diameter, og må kanskje tegnes flat på bakken i skolegården). Bruk en lærebok eller leksikon til å beregne riktige mål, eller se Sett opp et skilt ved hver planet – et pepperkorn i skole-gården er jo ikke så lett å få øye på! Tegn ellipser på et ark på en korktavle v.hj.a. to stifter, litt hyssing og en blyant. Prøv ut ulike eksentrisiteter (ulike lengder på hyssingen, ulik avstand mellom stiftene)

36 Noen aktiviteter knyttet til solsystemet
En vanlig prismekikkert er fin til å observere både månen, Jupiters måner, Saturns ringer (når vinkelen er gunstig) og noen ganger Venus' faser. Månen kan også observeres om dagen!

37 Nyttige Internettadresser
Masse stoff om solsystemet: Astro-nytt (Astrofysisk institutt, UiO): Norsk astronomisk selskap: "Your weight on other worlds": Hvor mye veier du f.eks. på Mars? Diverse forslag til astronomiundervisning (på engelsk): activities.html Astronomi-stoff på nettstedet forskning.no: