AST1010 – En kosmisk reise Forelesning 12: Dannelsen av solsystemet

Innhold Planetene i grove trekk Krav til en teori for solsystemets dannelse Kollapsteorien Litt om eksoplaneter

3 Solsystemet: Varierende relative mengder av metaller og silikater forhold til mengdene av gass og is Jordlignende planeter: metall og stein Gasskjemper: H, He Iskjemper: is + gass Kuiperbeltet: ”bare” is

4 Grunnstoffene i sola: Mest hydrogen Merk at aksen for hyppighet er logaritmisk. ~ 90% hydrogen, ~ 10% helium og ~ 0.1% andre stoffer.

5 Middeltettheter og grunnstoffer

AST Planetsystemet6 Det indre av steinplanetene

7 Det indre av gassplanetene

8 Solsystemets dannelse Fra kollaps av en gasståke som fantes før planetsystemet og sola ble dannet – Kant (1755) og Laplace (1796). En moderne kollapssteori. Utfordringer fra observasjoner av planeter rundt andre stjerner (eksoplaneter).

9 Dannelsen av planetsystemet - observasjoner som må forklares Store gass- og isplaneter ytterst, mindre stein- og metallplaneter innerst. Områder med mindre legemer: asteroidebeltet, Kuiperbeltet og Oortskyen. Planetbanene er nesten sirkulære, ligger i nesten samme plan, og planetene går rundt solen i samme retning. Solen og de fleste planetene roterer i samme retning.

10 Flere observasjonelle krav Planetene har 99% av spinnet 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.

11 Kollapsmodellen

AST1010 – 12 Påminnelse: Spinnbevaring

13 Fordeling av spinn i solsystemet Sola: 1.14% Merkur – Mars: 0.15% Jupiter: 60.8% Saturn: 24.6% Uranus: 5.3% Neptun: 7.9% Pluto: 0.001% Husk at sola har 99.86% av massen.

14 En moderne teori for dannelsen Supernovaeksplosjon  Fortetning  Gravitasjonskollaps + tilførsel av grunnstoffer tyngre enn hydrogen. Anriker gassen – sola kan være en 3 dje generasjons stjerne. En opprinnelig rotasjon av skya for å få dannet en planetskive.

15 Hvor kommer spinnet fra? Turbulens i den interstellare skyen som er opphav til dannelsen. Kollisjon mellom interstellare Skyer - gravitasjon lager rotasjon av begge skyene.

16 En moderne teori for dannelsen Supernovaeksplosjon  Fortetning  Gravitasjonskollaps + tilførsel av grunnstoffer tyngre enn hydrogen. Anriker gassen – sola kan være en 3 dje generasjons stjerne. En opprinnelig rotasjon av skyen for å få dannet en planetskive. Overføring av spinn fra proto-sola til ytre deler av skiven.

Om bevegelse i et magnetfelt

AST Planetsystemet18

19 Tre prosesser som bidrar i planetdannelsen Kondensering av gassen. Oppsamling (engelsk: accretion) av små partikler. Gravitasjonskollaps

Kondensering

AST Planetsystemet21 ”Utfrysing” i planetskiva

22 Kondensasjon og utfrysing Kondensering fra gassform til væske eller fast form – hierarki av legemer bygges opp. Indre solsystem – bare tungt fordampelige grunnstoffer kondenserer; andre stoffer blåses av solvind ut i ytre del av skiven. Ytre solsystem – lett fordampelige stoffer kondenseres; danner tunge is- og stein- kjerner i ytre planeter.

23 Oppsamling – den første fase fra støvkorn

24 Oppsamling

25 Sluttfasen i dannelsen av steinplaneter SIMULERING AV PLANETDANNELSEN: Hele solsystemet dannes på 440 millioner år. De indre planetene er dannet etter ca 100 millioner år.

AST Planetsystemet26 Dannelsen av en gasskjempe

27 Vi har en konsistent teori … Teorien forklarer vesentlige trekk ved det observerte solsystemet: – Hvorfor planetene alle ligger omtrent i samme plan og roterer samme vei rundt sola. – Fordeling av rotasjonsmengde. – Fordeling av lett og tungt fordampelige grunnstoffer. Men hva med planeter rundt andre stjerner?

28 Planeter rundt andre stjerner Påvisning av skiver av gass hvor planeter blir dannet Måter å påvise planeter rundt andre stjerner: a) Dopplerteknikk, b) egenbevegelsen, c) formørkelser d) mikrolinsing e) direkte observasjon Hva har vi funnet? Til nå 1789 planeter ( ) Mange ligner ikke vårt planetsystem!

AST Planetsystemet29 Beta Pictoris – (proto)planetskive

30 Fem måter å finne planeter på Dopplermetoden - fra variasjon av stjernens hastighet langs synslinjen. Egenbevegelsen - fra variasjoner i stjernens posisjon. Formørkelser - intensitetsvariasjoner idet planeten passerer stjernen. ”Mikrolinsing” - lys fra en fjern bakgrunn bøyes litt av idet det passerer en masse. Og … ved direkte observasjon av planeten.

Dopplermetoden

32 Dopplermetoden

AST Planetsystemet33 Observert Doppler-bevegelse

34 Egenbevegelsen avviker fra en rett linje => to legemer

35 Formørkelser Merk at planeten må gå i bane i et plan som ligger nær synslinja fra oss til stjerna.

AST Planetsystemet37

Masser og avstander for eksoplaneter

39 Problemer med teorien? Mange av planetsystemene observert til nå er helt forskjellige fra vårt. krevde Vår teori for solsystemet krevde at store gassplaneter dannes langt borte fra en sol fordi: – Temperaturene er for høye nær sola til å danne de store kjernene av is som må til for å samle gassen – Det er rett og slett ikke nok materiale så langt inne i systemet til å få dannet kjernene Mulig forklaring: De massive planetene rundt andre stjerner er dannet langt ute men har vandret innover mot sin stjerne. Kan skje hvis gassen i planetskiva var tett. Nyere modeller peker i retning av at solsystemet opprinnelig hadde en femte gasskjempe, men at den ble sparket ut. Dette stabiliserte banen til Jupiter og hindret den i å bevege seg innover.

Neste forelesning: Innledende om stjerner: Avstander, størrelsesklasser, Hertzsprung- Russell-diagrammet.