Globaalfüüsika - Kosmos

Mirt Gramann

Tartu Observatoorium

Programm

1. Päikesesüsteem

2. Tähed

3. Meie Galaktika

4. Galaktikad

5. Kosmoloogia

6. Universumi tekkimine ja arenemine

Päikesesüsteem

2006. a. Pluto - väikeplaneet

Meie Galaktika

1. Päikesesüsteem

1.1 PS üldised omadused

1.2 Planeetide liikumine

1.3 Planeetide füüsikalised omadused

1.4 PS tekkimine ja arenemine

1.5 Teised planeedisüsteemid

1.1 PS üldised omadusedSüsteemi tsentriks on Päike - moodustab 99.8% süsteemi kogumassist ja on selle ainus energiaallikas.PS süsteemi kuuluvad:• kaheksa suurt planeeti• planeetide kaaslased (~165)• asteroidid • Kuiperi objektid• komeedid• meteoorkehad • planeetidevaheline tolm ja gaas

Planeetide kaaslased

Planeet Kaaslased

Merkuur 0

Veenus 0

Maa 1 Kuu

Marss 2 Phobos, Deimos

Jupiter 63 Io, Europa,Ganymede, Callisto

Saturn 56 Titan

Uraan 27

Neptuun 13 Triton

AsteroididAsteroidid on Maa tüüpi planeetide sarnased, kuid neist tunduvalt väiksemad taevakehad.Enamik asub nn asteroidide vöös 2.1 – 3.3 AU kaugusel,Marsi (1.5AU) ja Jupiteri(5.2AU) vahel.

3 suuremat: Ceres (940km), Pallas (580km), Vesta(540). 15 asteroidi suuremad kui 300 km.Fix. Orbiitidega 250 000 (-> 500000).

Asteroidide orbiidid:

Kuiperi vöö objektid

Komeedid

2

2-3 miljonit

Oorti-Öpiku pilv

1.2 Planeetide liikumine

1. Planeetide orbiidid on ligikaudu samas tasapinnas ja praktiliselt ringikujulised. Planeedid tiirlevad ümber päikese samas suunas Päikese pöörlemisega.

2. Enamik planeete pöörleb tiirlemisega samas suunas. Planeetide pöörlemistelg võib olla orbiidi tasandi suhtes kaldu.

3. Enamik planeetide kaaslastest tiirleb emaplaneedi ekvaatori tasandis ning planeedi pöörlemisega samas suunas.

Kepleri seadused

1609. ja 1619. a ilmunud teostes formuleeris Kepler

planeetide liikumise kolm seadust. Kepler tuletas

oma seadused isiklike ning oma õpetaja Tycho Brahe

poolt tehtud vaatluste põhjal.

1687.a. näitas I. Newton, et Kepleri seadused on

järeldus Newtoni gravitatsiooniseadusest.

P – planeedi tiirlemisperiooda – orbiidi pikem pooltelg

Kepleri III seadus

1 AU ~ 150 miljonit km

Orbiidi eksentrilisus

Orbiidi eksentrilisus e (0< e < 1) on defineeritud kui

e = D / 2a, D – kaugus fookuste vahel

b2 = a2 (1 - e2),

a – pikk pooltelg, b – lühike pooltelg

Ring – e=0

Planeetide tiirlemine

Planeet Kaugus (au) P (aasta) e

Merkuur 0.39 0.24 0.2056

Veenus 0.72 0.62 0.0067

Maa 1.0 1.0 0.0167

Marss 1.52 1.9 0.0935

Jupiter 5.2 11.9 0.0489

Saturn 9.5 29.4 0.0565

Uraan 19.2 84 0.0457

Neptuun 30.1 164 0.0113

Planeetide pöörlemine

Planeet Pöörlemis periood (päev)

Pöörlemistelje

kalle (kraad)

Merkuur 59 0.01

Veenus -243 177.36

Maa 1.0 23.45

Marss 1.0 25.19

Jupiter 0.41 3.13

Saturn 0.44 26.73

Uraan - 0.72 97.77

Neptuun 0.67 28.32

28

Pöörlemistelje kalle

1.3 Planeetide omadused

Planeet Mass

(Mo)

Raadius

(Ro)

Tihedus

(kg/m3)

Merkuur 0.055 0.38 5400

Veenus 0.82 0.95 5200

Maa 1.0 1.0 5500

Marss 0.11 0.53 3900

Jupiter 318 11.2 1300

Saturn 95 9.5 700

Uraan 15 4.0 1300

Neptuun 17 3.9 1600

Päikese ja planeetide suhtelised mõõtmed

Maatüüpi- ja hiidplaneedid

1. Maatüüpi on väikesed ja tihedad; hiidplaneedid on

suured ja väiksema tihedusega.

2. Maatüüpi koosnevad enamasti kividest ja sisaldavad

palju metalle, hiidplaneedid koosnevad enamasti

vesinikust, heeliumist ja vesiniku ühenditest.

3. Maatüüpi planeetidel on tahke pind, hiidplaneetidel ei

ole.

4. Maatüüpi planeetidel on vähe kuusid, hiidplaneetidel

palju kuusid ja samuti rõngad.

Maatüüpi planeetide atmosfääridPlaneet või kuu

Atmosfääri koostis

Atmosfääri rõhk pinnal

Keskmine temperatuur

Tuuled, ilm Pilved, udud

Merkuur Heelium, naatrium, hapnik

10^-14 bar Päeval:425ºCöösel:175ºC

Pole: liiga vähe atmosfääri

Pole

Veenus 96% CO2, 3,5% N2

90 bar 470ºC Aeglased tuuled, pole suuri torme, happevihmad

Väävelhappe pilved

Maa 77% N2, 21% O2 ,1% Ar, H20 muutlik

1 bar 15ºC Tuuled, orkaanid, vihm, lumi

pilved, õhu saastatus

Kuu Heelium, naatrium, argoon

10^-14 bar Päeval: 125ºCöösel:175ºC

Pole: liiga vähe atmosfääri

Pole

Mars 95% CO2, 2,7% N2,1,6% Ar

0,007 bar -50ºC Tuuled, tolmutormid

pilved, tolm

Kihid tiheduse järgituum – kõige suurema tihedusega materjal,

peamiselt metallid nagu nikkel ja raud asuvad tuuma keskmes;

vahevöö – väiksema tihedusega kivimid, räni sisaldavad mineraalid, hapnik ja teised elemendid;

väline koor – kõige madalama tihedusega kivimid, nagu graniit ja basalt (tüüpiline vulkaanilise kivimi vorm), pinnavormid.

Maatüüpi planeetide siseehitus

Maatüüpi planeetide siseehitus

Hiidplaneedid

Jupiteri siseehitus

1.4 PS tekkimine ja arenemine

Nõuded mudelile

1) Peaks ära seletama planeetide liikumise seaduspärasused;

2) Peaks ära seletama, miks meil tekkisid erinevat tüüpi planeedid: maatüüpi- ja hiidplaneedid;

3) Peaks ära seletama Päikesesüsteemi väikekehade olemasolu ja asetuse: asteroidid, Oorti pilve ja

Kuiperi vöö objektid;

4) Võiks samal ajal lubada ka erandeid: nt Veenus pöörlemine;

5) Võiks ennustada ka teiste planeedisüsteemide

evolutsiooni

Nebular contraction

17-s sajand, R. Decartes: Tv tolmu ja gaasi pilv hakkab

kokku tõmbuma omaenese gravitatsiooni mõjul ja muutub

tihedamaks ja kuumemaks. Tähe teke tsentris ja planeedid

külmemates välistes piirkondades.

1796 a. de Laplace – nurkmomendi idee – kokkutõmbumisel

pöörlemiskiirus kasvab, mis viib udukogu kuju muutumisele.

Kokkutõmbumine toimub eelkõige pöörlemistelje suunas.

Planeedid tekkisid sellest pöörlevast materjalist -> planeetide

orbiidid peaaegu ringikujulised ja samas tasapinnas.

Kondensatsiooni teooria

Kollaps ja lamenemine õige, kuid kuuma gaasi kettas ei saa tekkida aine klumpe, millest tekiksid planeedid.

Kondensatsiooni teooria – uus element tähtedevaheline tolm, millel kaks olulist rolli: 1. Aitab kuuma gaasi jahutada; 2. Tolmu osakesed tegutsevad kui kondensatsiooni tuumad. Pärast esimeste kondensatsioonitsentrite tekkimist hakkasid nad kasvama ja kokku põrkuma - tekkis akretsioon –> plantesimaalsed objektid ->protoplaneedid.

Planeetide tekkimine Väikesed kondensatsioonitsentrid hakkasid

kasvama ja kokkupõrkuma – tekkis akretsioon

Temperatuur enne akretsiooni

1.5 Teised planeedisüsteemid

2010 –> 450 eksoplaneeti 380 tähe ümber

Süsteemid:

30 – kaks planeeti

10 - kolm planeeti

2 - neli planeeti

1 - viis planeeti ja 1 – kuus planeeti

~ 10 % tähtedest

Radiaalkiiruste meetod

Selle meetodiga on avastatud rohkem kui 90% eksoplaneetidest.

Esimene kindel eksoplaneet:

Jupiter: 12m/s

3 planeeti:0.06, 0.83, 2.6AU

Planeedi üleminekud:

Eksoplaneetide omadused