AST1010 – En kosmisk reise Forelesning 7: De indre planetene og månen – del 1: Merkur og Venus

De viktigste punktene i dag: Hva er en planet? Plutos ferd fra planet til dvergplanet. Hvordan kan vi finne ut noe om planetene uten å besøke dem? Oversikt over Merkur: Bane, geologi etc. Oversikt over Venus Var Venus annerledes før?

IAUs definisjon av en planet (2006) 1. En planet går i bane rundt sola. 2. En planet har nok masse til at tyngdekreftene dominerer og former den til en kule. 3. En planet har ”rensket” banen sin: Den er det eneste legeme på sin størrelse i denne avstanden fra sola.

Hva ønsker vi å vite om planetene? Opplagt svar: ”Mest mulig”. Men noe av det mest interessante er kanskje å bruke dem til å forstå vår egen planet bedre. De indre planetene ble dannet fra det samme råmaterialet, så hvorfor er de så forskjellige i dag? Hvorfor har bare vår egen planet vann i flytende form?

Baneparametre Aphelion (lengst fra sola), perihelion (nærmest sola) Store halvakse, a Eksentrisitet, e Baneplanets helning i forhold til ekliptikken (jordas er da lik 0 pr. definisjon) Liten for de fleste planeter, Merkur har 7 grader. Dvergplanetenes plan heller mer: Pluto 17 grader, Eris 44.2.

Ekliptikken: Solas årsbevegelse på himmelen

Planetmasser Kan bestemmes hvis planeten enten har: 1. En måne 2. En kunstig satellitt (for eksempel Magellan i bane rundt Venus) 3. Blitt passert av en kunstig satellitt. I alle tilfellene bruker vi den observerte banen sammen med Keplers 3. lov til å bestemme massen.

Tettheter Måler vinkelstørrelse Kjenner avstand, for eksempel fra Keplers 3. lov. Kjenner massen. Kan regne ut den midlere tettheten (= masse / volum) Hvorfor? Kan gi en første pekepinn om planetens sammensetning.

12

Rotasjonsperioder For Mars, Jupiter og Saturn kan disse bestemmes ved å følge bevegelsen til markører på deres overflater. For Venus og Merkur er periodene målt ved hjelp av radar og dopplereffekten. Radarsignalet reflektert fra siden som roterer vekk fra oss blir rødforskjøvet, signalet reflektert fra siden som roterer mot oss blir blåforskjøvet.

Planettemperaturer Kan måles på tre måter: 1. Venus og Mars: romsonder har landet og målt direkte. 2. Merkur: fra intensiteten til observert radiostråling, om vi antar at den stråler som et sort legeme. For de ytre planetene kan vi gjøre det samme basert på infrarød intensitet. 3. Vi kan estimere temperaturen ved å regne planeten som et sort legeme med balanse mellom mottatt energi fra sola og utstrålt energi.

Planetatmosfærer I grove trekk bestemt av forholdet mellom to størrelser: Unnslippingshastigheten fra planetens tyngdefelt, som avhenger av massen og radien. Gjennomsnittlig bevegelsesenergi til gassmolekylene, som avhenger av temperatur og molekylmasse.

Sekundære atmosfærer På Venus, jorda og Mars har atmosfærene fått bidrag fra utgassing fra vulkaner. Bare 1% av jordas atmosfære er opprinnelig. Vulkaner tilfører vann, karbondioksid, svoveldioksid, hydrogensulfid, metan, nitrogen og nitrogenoksider. På Venus og Mars har UV-stråling spaltet vanndamp til hydrogen og hydrogenperoksid. De lette hydrogenmolekylene har så lekket ut av atmosfæren. Dermed er vanndamp blitt fjernet.

Eksempel: Utviklingen av jordas atmosfære Opprinnelig: Mest hydrogen og helium. For lette til at de blir værende. Sekundær atmosfære fra vulkansk aktivitet. Mye CO2, lite O2. Jorda kjøles ned, mye CO2 blir løst opp i vann, utskilt som karbonater. For 3.3 milliarder år siden kom de første oksygenproduserende bakteriene. Oksygen ble tilført atmosfæren. Oksygen på bakken reagerte kraftig med ammoniakk fra utgassing. Dannet mer nitrogen. Fås også fra UV-bestråling av NH3. Mer vegetasjon  økt O2  ozonlaget som beskytter liv mot UV-stråling  liv på tørt land. 200 millioner år siden: 35 prosent av atmosfæren O2. Vulkansk aktivitet resirkurelerer gasser.

Merkur

Sentrale mål Masse3.3 x kg0.055 ganger jordas Midlere radius km0.383 ganger jordas Unnslipningshastighet4.25 km/s Rotasjonstid58.646d Store halvakse km0.387 AU Midlere banefart47.87 km/s Eksentrisitet Omløpstid87.97d Baneplanets helning7 grader

21 Minst like stor tetthet av kratre som på månen. Kratrene ligger i en slette.... som er en gammel overflate..

AST De indre planetene22 Merkurs magnetosfære

MESSENGERs baner

Venus

Sentrale mål Masse x kg0.815 ganger jordas Radius km0.95 ganger jordas Unnslipningshastighet10.46 km/s Rotasjonstid-243 d Aksens retning grader Store halvakse km AU Midlere banefart35.02 km/s Eksentrisitet Omløpstid224.7 d Baneplanets helning3.39 grader

Venus’ faser

AST De indre planetene30 Utforskingen av Venus Fra jorda - radar Romfartøyer: – Venera (USSR) - flere landere – Mariner (US) – Pioneer (US) – Magellan (US) – Venus Express siden 2006 (ESA) – Benytter radar for kartlegging av topografi – Infrarøde instrumenter for målinger av vind og temperaturer – In-situ målinger i atmosfæren

AST De indre planetene31

32 Venerabilder - mer perspektiv Venera 13 (t.v.) Venera 14 (t.h.)

AST De indre planetene33

AST De indre planetene34 Venus har sterk drivhus- effekt.

Var Venus beboelig før? Det finnes vanndamp i Venus’ atmosfære. Vannmolekyler blir spaltet av UV-stråling fra sola, hydrogenmolekylene lekker ut i verdensrommet. Mer vanndamp i fortiden, men uklart om Venus noensinne har hatt vann i flytende form på overflaten.

Neste forelesning: Jorda, månen og Mars