AstronomieSluneční soustavy – I.

PřF UP, Olomouc, 6.4.2012

Osnova přednášek:

1.) Tělesa Sluneční soustavy. Slunce, planety, trpasličí planety, malá tělesa Sluneční soustavy, pohled ze Země. Struktura Sluneční soustavy. - Vznik a vývoj Sluneční soustavy. Chemické složení. Pozorování jiných planetárních soustav, teorie hvězdných mračen, vznik jednotlivých těles. (M. Prouza)

2.) Slunce - struktura, termojaderné reakce, projevy magnetického pole, pozorování fotosféry, chromosféry a korony, sluneční vítr. (J. Ebr)

3.) Malá tělesa ve Sluneční soustavě. Planetky, komety. Meteoroidy. E.-K. pás. - Dělení planetárních těles. Vnitřní struktura planet a jejich satelitů. Poznatky z gravitačních a magnetometrických pozorování. Energetická bilance. Modely těles - velké planety, terestrické planety, ledová tělesa. - Velké planety. Jupiter, Saturn, Uran, Neptun. Magnetosféra. - Povrchy planet a měsíců. Mapování. Planetologie. Vznik povrchů. Geologicky staré povrchy (Měsíc, Merkur, Mars) - geologicky mladé povrchy (Země, Venuše, Io). - Atmosféry planet a měsíců. (J. Ebr)

4.) Planety mimo Sluneční soustavu - metody jejich detekce, stav současných znalostí. - Pozorování a fotografování objektů Sluneční soustavy. (J. Ebr) 

(přednáška 1. tedy pokryje exoplanety, přednášky 3.+4. budou předneseny ve dvojnásobně dlouhém bloku a exoplanetám se již víceméně věnovat nebudou)

Literatura:(trochu problém, obor v rychlém vývoji, solidní učebnice poměrně zastaralé, ...)

Vanýsek, V.: Základy astronomie a astrofyziky, Academia, Praha 1980

Hlad O., Pavlousek J.: Přehled astronomie, 2. vydání, SNTL, Praha 1990Kleczek J.: Vesmír kolem nás, Albatros, Praha 1986

Brož, M.:http://sirrah.troja.mff.cuni.cz/~mira/astrofyzika_pro_fyziky/

K 1. přednášce:http://en.wikipedia.org/wiki/Formation_and_evolution_of_the_Solar_Systemhttp://en.wikipedia.org/wiki/Exoplanet

http://exoplanet.eu/

Článek – D. N. C. Lin: The Genesis of the Planets (pošlu PDF mailem a vystavím na webu)

Tělesa Sluneční soustavy.

Slunce

- planety (terestrické vs. plynní obři)- trpasličí planety (Ceres z hlavního pásu, dále pak největší TNOs – transneptunické objekty)- malá tělesa Sluneční soustavy

Struktura Sluneční soustavy ­ planety  ­ menší tělěsa ­ pás planetek, Kuiperův oblak (TNOs), Oortův oblak 

(Definice: Trpasličí planeta – obíhá Slunce, má dostatečně silnou gravitace, aby vytvořila (přibližně) kulový tvar tělesa, zároveň není ale dost veliká, aby gravitačně dominovala svému okolí a „vyčistila” si jej. Např. Pluto je v zóně, kde dominuje Neptun, Ceres je v pásu mnoha dalších planetek.)  

Planety – terestrické, obří; trpasličí planety

Pás asteroidů, transneptunická tělesa (TNOs) - Kuiperův pás, Oortův oblak

Konec sféry Sluneční soustavy:Sluneční vítr a heliopauza, terminační rázová vlna

Pozorování jiných planetárních soustav

Planety mimo Sluneční soustavu

Metody jejich detekce

Stav současných znalostí exoplanet

Množství objevených exoplanet v závislosti na metodě objevu

Metody detekce exoplanet:

- radiální rychlost (užití Dopplerova jevu)

- přechod (fotometrie, dále v takovém případě lze spektroskopicky atmosféra)

₊ změny časů přechodu (TTV – transit timing variation) – složitější systémy s více planetami

- gravitační mikročočkování (čočkuje mezilehlá hvězda – díky přítomnosti planety se charakteristickým způsobem zjasní)

- přesná astrometrie mateřské hvězdy

- časování záblesků pulzarů

- infračervené pozorování cirkumstelárních disků

+ 2,321 Kepler Planetary Candidates

Katalog exoplanet.eu:

Hmotnosti a oběžné dráhy exoplanet

Objevené planety jsou nejčastějivelmi hmotné (hmotnější než Jupiter) a obíhají velmi blízko mateřské hvězdě

(spodní osa - vzdálenost v AU, levá svislá osa – hmotnost v hmotnostech Jupitera, pravá Svislá osa – v hmotnostech Země, všechny osy logaritmické)

Hledání planety podobné Zemi – hledání života...

Nebulární hypotéza vzniku Sluneční soustavy - 18. století - Pierre Simon Laplace, Immanuel Kant, Emanuel Swedenborg

- gravitační kolaps obřího molekulárního oblaku (~ 20 pc), Sluneční soustava - počáteční průměr kolem 1 pchustá jádra ~ 0.01 - 0.1 pc

- počáteční impulz - výbuch supernovy?

- zachování momentu hybnosti - rychlejší rotace- srážky, počátek přeměny kinetické energie na teplo

- po 100 tis. letech (pouze!) - vznik protohvězdy a protoplanetárního disku (~ 200 AU)- 50 mil. let - zažehnutí termonukleárních reakcí, hvězda hlavní posloupnosti

Vznik planet

- akrece planetesimál: - prachová zrna se přímým kontaktem slepí až do tělesa s průměrem ~ 200 m- pro další transformace již převažují srážky, vznikají planetesimály s průměrem kolem 10 km- dalšími srážkami dále rostou a sjednocují se

- vnitřní část Sluneční soustavy - do 4 AU - příliš horko pro kondenzaci vody či metanu, tedy tvorba planet pouze z těžších prvků- těch je ovšem málo, takže planety jsou relativně malé

- plynní obři - voda již ve formě ledu, planety hmotnější, schopné zachytit i vodík a hélium a dále vyrůst- Jupiter první za zámrznou čárou, vznikal proto jako první a je proto největší, cca 3 miliony let pro vznik tělesa s 10 M Země, pak ale velmi rychlý nárust na současných 318 hmotností Země (pár tisíc let)

- Uran a Neptun - příliš velicí na svoji polohu (na svých drahách by takhle velké planety vznikaly příliš pomalu), vznikly tedy blíže Jupiteru a Saturnu a migrovali později- ca 600 milionů let po vzniku Sluneční soustavy - rezonance 2:1 Saturna s Jupiterem - vystřelení Uranu a Naptunu vně, nafouknutí Kuiperova pásu, vznik těles s vysoce eliptickými drahami - Oortův oblak ("model z Nice")

Měsíce - plynní obři - vznik z cirkumplanetárního disku- vznik z vyvrženého materiálu po impaktu- zachycení tělesa

Stabilita sluneční soustavy- význam rezonancí (celočíselné poměry oběžných dob napomáhají vychýlení z rovnováhy)- Ljapunovův čas (čas, po který je dynamický systém stabilní; pro Sluneční soustavu podle vstupních parametrů – pouze jednotky až stovky miliónů let – tedy nedokážeme simulovat přesně vývoj Sluneční soustavy od jejího vzniku)