AST1010 – En kosmisk reise Innhold
Transcription
AST1010 – En kosmisk reise Innhold
9/27/15 AST1010 – En kosmisk reise Forelesning 12: Dannelsen av solsystemet Innhold • • • • Planetene i grove trekk Krav Dl en teori for solsystemets dannelse Kollapsteorien LiH om eksoplaneter Solsystemet: Varierende relaDve mengder av metaller og silikater forhold Dl mengdene av gass og is Jordlignende planeter: metall og stein Gasskjemper: H, He Iskjemper: Kuiperbeltet: is + gass ”bare” is 3 1 9/27/15 Grunnstoffene i sola: Mest hydrogen Merk at aksen for hyppighet er logaritmisk. ~ 90% hydrogen, ~ 10% helium og ~ 0.1% andre stoffer. 4 MiddelteHheter og grunnstoffer 5 Det indre av steinplanetene AST1010 -‐ Planetsystemet 6 2 9/27/15 Det indre av gassplanetene AST1010 -‐ Planetsystemet 7 Solsystemets dannelse • Fra kollaps av en gasståke som fantes før planetsystemet og sola ble dannet – Kant (1755) og Laplace (1796). • En moderne kollapssteori. • U^ordringer fra observasjoner av planeter rundt andre stjerner (eksoplaneter). 8 Dannelsen av planetsystemet -‐ observasjoner som må forklares • Store gass-‐ og isplaneter yHerst, 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. 9 3 9/27/15 Flere observasjonelle krav • Planetene har 99% av spinnet mens sola har 99% av massen. • SystemaDske forskjeller i kjemisk sammensetning mellom planetene gir en mindre andel av leHe grunnstoffer i den indre del av solsystemet. 10 Kollapsmodellen 11 Påminnelse: Spinnbevaring AST1010 – 12 4 9/27/15 Fordeling av spinn i solsystemet 13 En moderne teori for dannelsen • Supernovaeksplosjon Fortetning Gravitasjonskollaps + Dlførsel av grunnstoffer tyngre enn hydrogen. • Anriker gassen – sola kan være en 3dje generasjons stjerne. • En opprinnelig rotasjon av skya for å få dannet en planetskive. 14 Hvor kommer spinnet fra? Turbulens i den interstellare skyen som er opphav Dl dannelsen. Kollisjon mellom interstellare Skyer -‐ gravitasjon lager rotasjon av begge skyene. 15 5 9/27/15 En moderne teori for dannelsen • Supernovaeksplosjon Fortetning Gravitasjonskollaps + Dlførsel av grunnstoffer tyngre enn hydrogen. • Anriker gassen – sola kan være en 3dje generasjons stjerne. • En opprinnelig rotasjon av skyen for å få dannet en planetskive. • Overføring av spinn fra proto-‐sola Dl ytre deler av skiven. 16 Om bevegelse i et magne^elt Kraften F = qv × B er alltid vinkelrett på magnefeltet B ¨ og hastigheten v til partiklen med ladning q. Den kan derfor bare endre hastighetens retning, ikke dens størrelse. Resultatet blir en sirkelbane med radius bestemt av Newtons 2. lov : F = ma qvB = m r= v2 r mv qB € AST1010 -‐ Planetsystemet 18 6 9/27/15 Tre prosesser som bidrar i planetdannelsen • Kondensering av gassen. • Oppsamling (engelsk: accreDon) av små parDkler. • Gravitasjonskollaps 19 Kondensering ”U^rysing” i planetskiva AST1010 -‐ Planetsystemet 21 7 9/27/15 Kondensasjon og u^rysing • Kondensering fra gassform Dl 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 – leH fordampelige stoffer kondenseres; danner tunge is-‐ og stein-‐ kjerner i ytre planeter. 22 Oppsamling – den første fase fra støvkorn 23 Oppsamling 24 8 9/27/15 Sluiasen i dannelsen av steinplaneter SIMULERING AV PLANETDANNELSEN: Hele solsystemet dannes på 440 millioner år. De indre planetene er dannet eHer ca 100 millioner år. 25 Dannelsen av en gasskjempe AST1010 -‐ Planetsystemet 26 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 leH og tungt fordampelige grunnstoffer. Men hva med planeter rundt andre stjerner? 27 9 9/27/15 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 (30.09.2014) • Mange ligner ikke vårt planetsystem! 28 Beta Pictoris – (proto)planetskive AST1010 -‐ Planetsystemet 29 Fem måter å finne planeter på • Dopplermetoden -‐ fra variasjon av stjernens hasDghet langs synslinjen. • Egenbevegelsen -‐ fra variasjoner i stjernens posisjon. • Formørkelser -‐ intensitetsvariasjoner idet planeten passerer stjernen. • ”Mikrolinsing” -‐ lys fra en pern bakgrunn bøyes liH av idet det passerer en masse. • Og … ved direkte observasjon av planeten. 30 10 9/27/15 Dopplermetoden Dopplermetoden 32 Observert Doppler-‐bevegelse AST1010 -‐ Planetsystemet 33 11 9/27/15 Egenbevegelsen avviker fra en reH linje => to legemer 34 Formørkelser Merk at planeten må gå i bane i et plan som ligger nær synslinja fra oss Dl stjerna. 35 12 9/27/15 37 ,001 ,01 ,1 1 10 100 1000 Semi-major axis [AU] AST1010 -‐ Planetsystemet Masser og avstander for eksoplaneter 10 1 ,1 ,001 ,01 Semi-major axis [AU] 100 1000 ,001 ,01 ,1 1 10 100 1000 10000 Mass [Earth] ,001 ,01 ,1 1 10 100 1000 10000 Mass [Earth] Problemer med teorien? 39 13 9/27/15 Neste forelesning: Innledende om stjerner: Avstander, størrelsesklasser, Hertzsprung-‐ Russell-‐diagrammet. 14