De indre planetene og månen – del 2: AST1010 – En kosmisk reise Forelesning 8: De indre planetene og månen – del 2: Jorden, månen og Mars

De viktigste punktene i dag: Generelt om jorden Drivhuseffekt på jorden Generelt om Månen Tidevann og tidevannskrefter Generelt om Mars Er det liv på Mars?

Bestemmelse av jordas alder Radioaktive prosesser omdanner et grunnstoff til et annet (mer stabilt) Jo mer stoff, jo raskere går prosessen (halveringstid) Eksempel: 238 U  206 Pb t = 4.5 x 109 år

Jordas indre AST1010 Jorda og månen

Vulkanisme og tektoniske plater

Jordskorpa fornyes hele tiden AST1010 Jorda og månen

Hot spot-vulkanisme skjer ikke mellom plater, men midt under en plate De varme områder ligger i ro mens plata over beveger seg. Derfor flytter det vulkanske området seg på jordoverflata. Eks.: Hawaii.

Jordskorpa er ung! Den skiftes ut hele tiden. Oppbygging av jordskorpa: Mellom plater som driver bort fra hverandre, kommer masse opp fra det indre. Når plater kolliderer folder fjellkjedene seg opp: Alpene, Himalaya og Andes. Nedbryting av jordskorpa: Havbunnsplater kolliderer med kontinenter, skyves under disse, smelter og gir materiale tilbake til mantelen. Jordskorpa er ung! Den skiftes ut hele tiden. Virkningen av platetektonikk er en sammenhengende nedbryting og nyoppbygging av jordskorpa samt at store fjellkjeder folder seg opp og det dannes områder med vulkanisme. Jordskorpa fornyes hele tiden.

Hot spot-vulkanisme

Jorda er den eneste planeten i solsystemet med kontinentaldrift (i dag) På de andre indre planetene er hotspot-vulkaner de eneste vulkanene vi finner Vulkansk aktivitet på randen av kontinental-plater er dermed spesielt for jorda

Jordas magnetfelt

Jordas magnetfelt beskytter oss mot partikler i solvinden

Nordlyssonen AST1010 Jorda og månen

Planetatmosfærer (repetisjon fra sist) 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.

Jordens atmosfære 78.1 % nitrogen (N2): 28.0134 amu 20.9 % oksygen (O2): 31.9988 amu 0.9 % argon (Ar): 39.948 amu 0.1 % karbondioksid (CO2): 44.0095 amu https://www.youtube.com/watch?v=e7ZqMTBwFVs

Hvorfor er trykket på Venus’ overflate så høyt? Jordens overflate: 1 atm Venus’ overflate: ca. 90 atm Det viser seg at Venus’ atmosfære veier mye mer enn Jordens At CO2 veier mer enn O2 og N2 forklarer ikke en så stor forskjell Begge planetene hadde vulkaner som tilførte CO2 Hva skjedde på Jorden som ikke skjedde på Venus?

Jordens karbonsyklus Vann og planteliv binder karbon i jordskorpa I tillegg sender jordens kontinentaldrift dette ned i jordens mantel Resirkulerer karbon tilbake til jordas indre i stedet for i atmosfæren

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.

Venus vs. Jorda CO2 tas ikke ut av atmosfæren (ikke hav, planter) Heller ikke kontinentaldrift på Venus i dag Ender opp med en atmosfære av tunge molekyler som tyngdekraften holder på plass (til tross for temperaturen) Jorda kan potensielt ha en tykkere atmosfære enn Venus (større tyngdekraft, lavere temperatur), men her har de tunge molekylene blitt fjernet fra atmosfæren (lettere molekyler har unnsluppet)

Drivhuseffekt på jorda Ikke like ekstrem som Venus (0.1 % CO2 i stedet for 96 %) Kaldere overflate bremser drivhuseffekten: Snø og is reflekterer hvitt lys bort fra overflaten (mindre oppvarming) Mye CO2 lagres i land og hav når overflaten er kaldere Når vi sender CO2 ut i atmosfæren og varmer opp planeten, blir det mindre snø/is og overflaten frigir lagret CO2 Resultat: Selvforsterkende effekt (potensiell ubalanse)

Kilde: United States Environmental Protection Agency

Kilde: United States Environmental Protection Agency

Drivhuseffekt og psykologi Føre-var-prinsippet: ”It is interesting that this idea that costly actions are unwarranted if the dangers are uncertain is almost unique to climate. In other areas of policy, such as terrorism, nuclear proliferation, inflation, or vaccination, some ’insurance’ principle seems to prevail: if there is a sufficient likelihood of sufficient damage we take some measured anticipatory action.” Kognitiv dissonans: ”Motviljen mot å ta en ubehagelig virkelighet inn over oss i handlingsendrende øyemed, gjør at vi modifiserer bildet av virkeligheten slik at den fremstår mindre ubehagelig; dermed unngås uønsket atferdsendring.”

Drivhusgasser Hovedsakelig CO2, metan og vanndamp Både mengde og hvor effektiv den aktuelle drivhusgassen er spiller inn https://www.youtube.com/watch?v=sTvqIijqvTg

Månen

Månen sammenlignet med jorden Radius: 27.3 % av jordens Masse: 1.2 % av jordens (Merkur er ca. 4.5 ganger mer massiv) Gjennomsnittlig temperatur: -20 ◦C (Jorden ca. 15 ◦C pga. atmosfæren)

Månens rotasjon Bundet rotasjon: Månens rotasjonstid er helt lik omløpstiden! Alltid samme side mot oss. Jorden blir også slik (sett fra månen) om 5⋅ 10 10 år. (Men solsystemet har kun ca. 5⋅ 10 9 år igjen å leve). Omløpstid rundt jorden: 27.32 døgn Rotasjon rundt egen akse: 27.32 døgn Tilfeldig?

Bundet rotasjon – alltid samme side mot jorda

Tyngdekraft på månens overflate: ca. 1/6 av jordens https://www.youtube.com/watch?v=16D0hmLt-S0

Månens indre AST1010 Jorda og månen

Krater Copernicus

Bombekratre og månekratre

Hvor er kratrene på jorda? Atmosfæren: Friksjon bremser og brenner opp meteorer Nyskaping av jordskorpa Erosjon (isbreer, vann, vind) Høyere tyndekraft gir mindre virkning av eksplosjonen

Rundt 180 kjente kratre på jorda AST1010 Jorda og månen

Om alder av skorper Ujevn rate av kraterdannelse – høyest i perioden tidlig i solsystemets historie. Få kratre betyr at skorpa er fornyet, og sier noe om prosesser i planetens eller månens indre (spesielt i fravær av en atmosfære)

Tidevann skyldes forskjeller i gravitasjonsfelt 𝑔= 𝐺𝑀 𝑟 2

Tidevann skyldes forskjeller i gravitasjonsfelt Havbunnen deformeres noe

Tidevann skyldes forskjeller i gravitasjonsfelt Vannet i havet deformeres mer enn havbunnen

Tidevann også fra Solen

Springflo: Månen og solen på linje

Høyvann og lavvann fra begge på samme sted

Solens tidevann ca. 2 5 av månens

Tidevann % av måne  jord måne  jord 100% sol  jord ca. 41% jord  måne ca. 3300% sol  måne ca. 17% Formel (ikke pensum): Δ ℎ 1→2 = 3 2 𝑀 1 𝑀 2 𝑅 2 4 𝑟 1→2 3

Nippflo: Månen og solen i rett vinkel

Hvorfor høyvann på baksiden?

Tyngdekraft fra månen (svakere på økt avstand)

Tyngdekraft fra solen (svakere på økt avstand)

Mindre månegravitasjon på baksiden enn jordas sentrum: Havbunnen vil bort fra sentrum (men er fast) Vannet i havet er lettere å forme (flytende), og løfter seg i forhold til havbunnen

AST1010 - Kopernikus til Newton Månens bevegelse rundt jorda gir litt mer enn 12 timer mellom to høyvann som følger etter hverandre Månens bevegelse i banen rundt jorda gjør at jorda må rotere litt mer enn ett døgn for at samme punktet på jordoverflaten skal komme under månen på nytt. Siden månen har en synodisk omløpstid (=tiden brukt på ett omløp i forhold til solen, sett fra jorden) på ca. 29 døgn, dreier det seg om 360/29 ~ 13 grader eller 24/29 timer, som svarer 50 minutter ekstra tid pr. døgn. Høyvannet på et sted på jorda kommer altså 50 minutter senere hvert døgn. AST1010 - Kopernikus til Newton

Roche-grensen: Der tidevannskreftene blir så sterke at satellitten rives i stykker

Repetisjon https://www.youtube.com/watch?v=gftT3wHJGtg

Månefaser

Måneformørkelser Totale og delvise måneformørkelser. Måneformørkelser bare ved fullmåne ! ... men ikke ved alle fullmåner.

Månen kan passere over eller under jordskyggen, idet banen heller 5o

Solformørkelser – bare ved nymåne

… men ikke ved alle nymåner!

Anbefalt video om formørkelser https://www.youtube.com/watch?v=PRgua7xceDA

Dannelse av månen: Kollisjonsteorien AST1010 Jorda og månen

Serie viser sekvens fra kollisjon til månen er dannet. Bygger på numerisk beregning. Prosessen kan være rask – tar under ett år. AST1010 Jorda og månen

Film om Theia https://www.youtube.com/watch?v=yukSqUkKj7c

Mars

Mars sammenlignet med jorden Radius: 53.2 % av jordens Masse: 10.7 % av jordens Omløpstid rundt solen: 1.88 år 1 døgn på Mars er 24.7 timer Gjennomsnittstemperatur: -65 ◦C

Tyngdekraften på Merkur og Mars Solen Merkur Venus Månen Mars Jupiter Saturn Uranus Neptun Pluto Masse (jordmasser) 0.055 0.815 0.012 0.107 Radius (jordradier) 0.383 0.95 0.273 0.532 Rotasjonstid (jordddøgn) 58.646 -243 27.32 1.026 Omløpstid (jordår) 0.24 (29/3) 0.615 (13/8) 0.0748 1.88 Store halvakse (AU) 0.387 0.723 0.0026 1.52 Banefart (km/s) 47.4 35.0 1.022 24.08 Temperatur (C, snitt) 167 464 -20 -65 Tyngdekraft (% jordens) 37.76 90.81 16.31 Diskusjon: Hvordan kan Mars ha samme tyngdekraft som Merkur? Mars er jo dobbelt så massiv! Tyngdeakselerasjon: 𝑔=𝐺⋅ 𝑀 𝑟 2 Det viser seg at 0.055 0.383 2 = 0.107 0.532 2 Mars har så stor radius at det veier opp for den ekstra massen - Fordi Venus roterer motsatt vei!

Panoramabilder fra Mars https://www.360cities.net/sets/curiosity-mars

Mars: topografisk kart av overflaten AST1010 - De indre planetene

AST1010 - De indre planetene Olympus Mons (21 300 m høyt) AST1010 - De indre planetene

Nettverk av elver og sideelver AST1010 - Vann, liv og atmosfærer

Finnes det flytende vann på Mars i dag?

Dette er et bilde av ”Yellowknife Bay” i Gale-krateret, tatt av Curiosity. Bildet til høyre er en forstørrelse av rektangelet markert i bildet til venstre. Pilene viser mønstre i formasjonen som ligner de man får ved utskillelse av mineraler fra vann. Det er med andre ord nok et indisium på at Mars har hatt vann på overflaten.

Rennende vann på Mars

Phobos og Deimos

Liv på Mars? Vann kan ikke eksistere i lengre tid i flytende form på overflaten i dag. Tynn atmosfære og fravær av magnetfelt betyr manglende beskyttelse mot skadelig stråling. Lite trolig at det finnes liv der nå. Men vi har mange indikasjoner på at det fantes vann på overflaten før, og at atmosfæren var tykkere.

Mars kan ha vært beboelig tidligere Ill. Kevin Gill (https://plus.google.com/+KevinGill)