kafli 1.1 - mælingar í vísindum - valo.kt.is · kristjan 2 7 kafli 2.1 - sólkerfið verður til...

http://www.valo.is/~kristjan 1

1

Stjörnufræði í Valhúsaskóla

Upprifjun fyrir samræmt próf í náttúrufræðiStjörnufræði – hluti 1

2

Kafli 1.1 - Mælingar í vísindum

Þegar komið er út fyrir sólkerfið er ekki unnt að skilgreina fjarlægðir með kílómetrum því þá myndu rannsakendur drukkna í núllum.

Stjörnufræðingar nota mælieininguna ljósár, en það er sú vegalengd sem ljósið fer á einu ári. Hafa skal í huga að hraði ljóss er táknaður cog skilgreindur c=300.000 km/s (eða 3·108 m/s).

Eðlismassi er mælikvarði á massa ákveðins rúmmáls af tilteknu efni, þ.e. massi efnis í hverri rúmmálseiningu.

Hiti í vísindum er iðulega mældur á algildiskvarða og ber mælieiningin heitið kelvín. Við alkul er hitastig á selsíuskvarða -273,14°C en það er einmitt það hitastig sem skilgreint er 0 á kelvínkvarða.

Til að fá hitastig á kelvínkvarða nægir að bæta tölunni 273 við hitastig á selsíuskvarða. Dæmi 37°C er 310 K.

3

Kafli 1.1 - Mælingar í vísindum

Massi er ekki það sama og þyngd. Þyngd ákveðins hlutar er mælikvarði á það hversu mikill þyngdarkraftur verkar á hann.

Allir hlutir verka með þyngdarkrafti á aðra hluti. Styrkleiki kraftsins fer eftir massa viðkomandi hlutar og fjarlægð milli þeirra.

Venjulegur mannslíkami togar í jörðina með þyngdarkrafti sínum ásamt því sem að jörðin togar til baka í líkamann með sínum þyngdarkrafti (inn að miðju hennar). Þyngdarkraftur frámannslíkamanum hefur lítil áhrif á jörðina en þyngdarkraftur jarðar er svo sterkur að hann heldur mannslíkamanum á jörðinni. Þyngdarkraftur er sterkari eftir því sem hlutir nálgast hvor annan.

( )1 2

2ðfjarlægð milli massaþyngdarkraftur

massi massiF Þyngdarstu ull ⋅= ⋅

4

Kafli 1.2 - Tæki vísindanna

Flestir nemendur kannast við einföld vísindatæki eins og tilrauna- og bikarglös, mælikolvur o.fl. Stjörnufræðingar nota hins vegar öfluga sjónauka og tölvur til að rannsaka hin ýmsu fyrirbæri.

Sjónaukar eða ljósaukar eru tvenns konar í stjarnvísindum; linsu- eða spegilsjónaukar.

Fyrsti linsusjónaukinn var smíðaður um aldamótin 1600. Galíleó Galíleivar meðal fyrstu manna til að nota slíkan sjónauka.

Slíkir sjónaukar safna meira ljósi eftir því sem linsurnar eru stærri. Þóeru til takmörk á því hversu linsurnar geta orðið stórar. Stærsti linsusjónaukinn er staðsettur í Wisconsin í Bandaríkjum Norður-Ameríku og er linsa hans 2 metrar í þvermál.

5

Kafli 1.2 - Tæki vísindanna

Spegilsjónaukar nýta holspegla, einn eða fleiri, til að safna ljósi. Það var Ísak Newton sem átti stóran þátt í þróun þessara spegla.

Stærsti spegilsjónaukinn er í Kaliforníu en þeir verða sífellt stærri og betri einkum þegar nútímatölvutækni er beitt. Hægt er að rannsaka fyrirbæri í allt að milljarða ljósára fjarlægð.

Geimsjónaukinn er eitt mesta afrek vísindanna. Hann er kenndur við Hubble og var sendur á loft í apríl 1990. Sjónaukinn er fyrir utan lofthjúp jarðar og eru myndir frá honum ótruflaðar af andrúmsloftinu. Hubble-sjónaukinn sér í allt að 14 milljarða ljósára fjarlægð.

Þeir sjónaukar sem hafa verið nefndir rannsaka sýnilegt ljós en til eru aðrar tegundir sem rannsaka hið �ósýnilega�. Eru þar á meðal innroðasjónaukar, röntgensjónaukar og útvarpssjónaukar.

6

Þýski heimspekingurinn Immanuel Kant ályktaði að sólkerfið okkar ætti upptök sín í skýi sem kallað er geimþoka.

Kafli 2.1 - Sólkerfið verður til

Geimþokukenningin:

�Efni geimþokunnar var úr vetni (H) og helín (He).

�Upphaf er rekið til sprengistjörnu fyrir um 4,6 milljörðum ára.

�Þung frumefni mynduðust við sprengingu og fluttust út í geim og sum lentu á geimþokunni.

�Þyngdarkraftar drógu efni að miðju geimþokunnar.

�Geimþokan flattist út og varð að skífu (10 milljarðar km í þvermál).

�Í miðju skífunnar myndaðist sólkerfið okkar.


7

Kafli 2.1 - Sólkerfið verður til

Myndun reikistjarna:

�Ryk og gas safnaðist saman í kekki í kringum reikisteina.

�Sumir kekkirnir og steinarnir sameinuðust og mynduðu frumreiki-stjörnur, en þó bara þeir allra stærstu.

�Frumreikistjörnur næstar sólu, reikistjörnur innra sólkerfis, áttu erfitt með að halda gastegundum vegna mikils hita og því ruku gastegundir í burtu. Þær eru því aðallega úr bergefnum (málmar og grjót).

�Frumreikistjörnur fjær sólu, reikistjörnur ytra sólkerfis, urðu fyrir minni hitaáhrifum og héldu í gasefni sín.

Fylgitungl innri reikistjarnanna er ýmist tvö eða færri en ytri reikistjörnurnar hafa mun fleiri.

8

Kafli 2.2 - Hreyfing reikistjarnanna

Fyrr á tímum þegar menn hófu stjörnuskoðanir sáu þeir að flestar stjörnur á næturhimni snerust um sameiginlegan ás um norðurpól en héldu þó óbreyttri afstöðu innbyrðis. Þó voru nokkrar sem virtust vera á reiki og voru þær því nefndar reikistjörnur. Hinar stjörnurnar eru kallaðar fastastjörnur.

Forngrikkir voru meðal fyrstu manna til að átta sig á því að jörðin væri kúla. Kúlulögun hennar sést glöggt ef tunglmyrkvar eru athugaðir. Íslíkum myrkvum kemur fram bogamyndaður skuggi á tunglinu áður en það myrkvast. Þetta er skuggi jarðar.Ef jörðin væri ekki kúla væri lögun skuggans önnur og jafnvel breytileg. Þegar ferðast er til norðurs á jörðinni hækkar pólstjarnan á himni.

9


Jarðmiðjukenningin:

�Kenningin miðast af því að reyna að láta jörðina vera í miðpunkti alheims, það er að allir hlutir gangi um hana.

�Þetta var heimsmynd Forngrikkja og voru þeir Aristóteles og Ptólemíos þar fremstir í flokki.

�Aristóteles og Ptólemíos töldu báðir að á jörðinni væri allt forgengilegt og hverfult en á himni ríkti eilíf regla og stöðugleiki. Einnig töldu þeir að brautir hnatta væri hringlaga.

�Kenningin hélst í 1400 ár.

10


Sólmiðjukenningin og Kópernikus:

�Pólverjinn Nikulás Kópernikus aðhylltist sólmiðjukenninguna.

�Kenningin felur í sér að sólin er í miðpunkti alheims en ekki jörðin. Jörðin er ein af reikistjörnunum sem ganga á braut um sólina. Sumar þeirra hafa fylgitungl sem ganga um braut hverrar reikistjörnu fyrir sig, líkt og tungl jarðar.

�Kópernikus dró þá ályktun að allar reikistjörnur færu í sömu stefnu um sólina og ákvarðaði hlutföll brauta þeirra svo og umferðartíma (sem eykst með vaxandi fjarlægð).

11


Sólmiðjukenningin og Kópernikus (framhald):

�Kópernikus hélt að brautir reikistjarnanna væru hringir en svo er alls ekki. (Brautirnar eru reyndar sporbaugslaga)

�Kópernikus setti kenninguna endanlega fram í bók sinni árið 1543; Um snúning himintunglanna.

�Sporbaugur (ellipsa):

langás þverás

langás ≠ þverásbrennipunktar12


Umferðartími reikistjarna er sá tími sem það tekur reikistjörnu að fara eina umferð um sól. Umferðartími jarðar er Tjörð=365,2422 dagar en Plútó TPlútó=248 ár.

Reikistjörnur hreyfast ekki eingöngu á brautum um sólu heldur snúast þær einnig um möndul sinn.

Sólarhringur er sá tími sem það tekur reikistjörnu að snúast einn hring um möndul (ás) sinn miðað við sól.

Þýski stjörnufræðingurinn Jóhannes Kepler komst að því að brautir reikistjarnanna eru ferlar sem nefnast sporbaugar. Hann setti fram þrjúlögmál sem fjalla um brautir reikistjarnanna, umferðartíma þeirra svo og hraða.


13

Kafli 2.3 - Yfirlit um sólkerfið

Reikistjörnur sólkerfisins:

MerkúrVenusjörðinMars

JúpíterωSatúrnusωÚranusβNeptúnusβPlútóξ

}

}

Innri reikistjörnurnar.Berghnettir sem hafa fá fylgitungl eða jafnvel engin.

Ytri reikistjörnurnar.Gasω- og ísrisarβ sem hafa allnokkur tungl.

ξPlútó er þó hjarnhnöttur með eitt fylgitungl �Karón.

14

Kafli 2.3 - Yfirlit um sólkerfið - Merkúr

Merkúr

47,9Brautarhraði (km/s)

-180°CDæmigerður hiti, á yfirborði, að nóttu

430-440°CDæmigerður hiti, á yfirborði, að degi

0Fjöldi fylgitungla

175,9Lengd sólarhrings í jarðdögum

58,65Snúningstími í jarðdögum

87,97Umferðartími í jarðdögum

4,88Þvermál við miðbaug í þúsundum kílómetra

57,91Meðalfjarlægð frá sólu í milljónum kílómetra

15

Kafli 2.3 -Yfirlit um sólkerfið - Merkúr

Merkúr

Gashjúpur:�Vetni�Helín�Neon

Helstu einkenni:�Grýtt yfirborð með gígum og klettum�Þunnur gashjúpur

16

Kafli 2.3 -Yfirlit um sólkerfið - Venus

Venus


470-480°CDæmigerður hiti á yfirborði að degi

0Fjöldi fylgitungla

-243,16*Snúningstími í jarðdögum




*Mínus táknar öfugan snúning (réttsælis).

17

Kafli 2.3 -Yfirlit um sólkerfið - Venus

Venus

Gashjúpur:�Koltvíoxíð�Nitur

Helstu einkenni:�Gróðurhúsaáhrif�Miklar sléttur�Há fjöll

18

Kafli 2.3 - Yfirlit um sólkerfið - Mars

Mars


-137°CLágmarkshiti á yfirborði

26°CHámarkshiti á yfirborði

*2Fjöldi fylgitungla

24,6Snúningstími í klukkustundum




*Deimos og Fóbos


19

Kafli 2.3 - Yfirlit um sólkerfið - Mars

Mars

Gashjúpur:�Koltvíoxíð�Nitur�Argon�Smá súrefni og vatnsgufa

Helstu einkenni:�Ryðrautt yfirborð�Eldfjöll í dvala�Skurðir á yfirborði

20

Kafli 2.3 - Yfirlit um sólkerfið - Júpíter

Júpíter


-103°CHiti við yfirborð



11,86Umferðartími í jarðárum


778Meðalfjarlægð frá sólu í milljónum kílómetra

*Þau stærstu: Ganýmedes, Kalístó, Evrópa, Íó, Amalþea, Himalæja, Þebes og Elarar.

21

Kafli 2.3 - Yfirlit um sólkerfið - Satúrnus

Satúrnus








*Þau stærstu: Títan, Rhea, Díóne, Iapetus, Tethys, Enkelasus, Mímas, Janus, Fóbe, Hýperíon, Pan, Pandóra, Atlas, Kalypso.

22

Kafli 2.3 - Yfirlit um sólkerfið - gasrisar

Júpíter

Gashjúpur:�Vetni�Helín�Smá metan og ammóníak

Helstu einkenni:�Rauði bletturinn�Mjóir og ógreinilegir hringir�Bergkjarni með vetnishafi í kringum

Satúrnus

Gashjúpur:�Vetni�Helín�Metan�Ammóníak

Helstu einkenni:�Margir hringir og greinilegir

Hringir Satúrnusar

23

Kafli 2.3 - Yfirlit um sólkerfið - Úranus

Úranus



*17Fjöldi fylgitungla (reyndar eru tvö nafnlaus)

-17,2Snúningstími í klukkustundum




*Þau helstu: Títanía, Óberon, Umbríel, Aríel, Míranda, Pökkur, Portía, Rósalind, Belinda, Júlía, Bíanca og Kordelía.

24

Kafli 2.3 - Yfirlit um sólkerfið - Neptúnus

Neptúnus








*Þau helstu: Tríton, Próteus, Nereid, Larissa, Galatea, Despína, Þalassa og Naiad.


25

Kafli 2.3 - Yfirlit um sólkerfið - ísrisar

Úranus

Gashjúpur:�Vetni�Helín�Metan

Helstu einkenni:�Liggur á hlið�11 dökkir hringir út metanís � þófrekar kekkjóttir

Neptúnus

Gashjúpur:�Vetni�Helín�Metan

Helstu einkenni:�4 hringir�Stór dökkur blettur�Bergkjarni umlukinn vatni og frosnu metani

Yfirborð Trítons; stærsta tungl Neptúnusar26

Kafli 2.3 -Yfirlit um sólkerfið - Plútó

Plútó


-231 til -223°CHiti við yfirborð


6,39Snúningstími í jarðdagar

248Umferðartími í jarðárum



*Karón.

Gashjúpur er úr metani. Plútó er minnsta reikistjarna sólkerfis okkar.

27

Kafli 2.3 - Yfirlit um sólkerfið

25°23°

179°2°

MarsJörðinVenusMerkúr

120°Plútó30°98°27°

3°

NeptúnusÚranusSatúrnusJúpíter

28

Kafli 2.4 - Innri reikistjörnurnarMerkúr – lítill og steiktur

Merkúr er næstur sólu af reikistjörnum sólkerfis okkar. Merkúr er lítill hnöttur með engan lofthjúp. Sterkur þyngdarkraftur sólar hefur yfirbugað veikan þyngdarkraft Merkúrs og hrifsað allar gastegundir lofthjúpsins í burtu.

Merkúr er berghnöttur alsettur loftsteinagígum og dældum. Stærsta dældin ber heitið Kalorisdæld og er um 1300 km í þvermál. Hún er talin mynduð fyrir um 3,9 milljörðum ára þegar loftsteinn skall áyfirborði Merkúrs. Myndir teknar af hluta yfirborðs benda til að engin eldvirkni hafi átt sér stað í yfir 4 milljarða ára.

Kalorisdældin

29


Hiti á yfirborði Merkúrs að degi til er um 430°C en að nóttu fer hitinn niður í 180°C frost. Þessir hitamunur stafar af lofthjúpsleysi, þ.e. varmi sleppur auðveldlega frá yfirborði á næturhlið þegar sólin skín ekki lengur á það.

Merkúr snýst afar hægt um möndul sinn eða um það bil einn hring á59 jarðdögum (snúningstími). Hann fer aðeins þrjá hringi um möndul sinn á þeim tíma sem það tekur hann að fara tvo hringi um sólu. Þetta setur mark á lengd dags á reikistjörnunni. Þannig eru tvö ár milli sólriss og seturs, eða með öðrum orðum sólarhringur á Merkúr er tvöMerkúrár.

30


Hreyfing Merkúrs um sólu.

Sólin

15

30

45

59(snúningstími

Merkúr)

73

(Merkúrár)88

0

Segjum að kassi sé staðsettur á yfirborði Merkúr. Ef fylgst er með því hvernig hann hreyfist er ljóst að það þarf að fara tvo hringi um sólu, þ.e. tvöfaldur umferðartími, til þess að sjásólu að nýju. Þetta eru 176 jarðdagar.

Eftir einn hring um sólu vísar kassinn frá sólu (þ.e. niður) og þá er miðnætti. Eftir einn hring til viðbótar vísar kassinn upp og þá er hádegi � tveimur Merkúrárum eftir síðasta hádegi.

MerkúrStór kornflögukassi


31

Kafli 2.4 - Innri reikistjörnurnarVenus – gróðurhús dauðans

Venus er ýmist morgunstjarna eða kvöldstjarna, og stafar þetta af því að braut Venusar er minni en braut jarðar og fer Venus þvíaldrei mjög langt frá sól á himninum, en að miðnætti er hún neðan sjóndeildarhrings.

Venus hefur um það bil sama þvermál, massa og þéttleika og jörðin. Þess vegna nefndu stjörnufræðingar, fyrri tíma, Venus tvíbura jarðar. Menn héldu jafnvel að eins væri umhorfs á Venusi og á jörðu en enginn gat sagt með vissu hvort að svo væri. Þetta stafaði af þeim miklu og þykku skýjum sem huldu okkur raunverulegt yfirborð. Það var ekki fyrr en að geimför fóru í könnunarleiðangra inn í lofthjúp Venusar og lentu áyfirborði reikistjörnunnar að menn fengu einhverja vitneskju um Venus. Geimförin voru þó aldrei langlíf í gróðurhúsi dauðans.

32


Lofthjúpurinn er úr brennisteinssýru (efri hlutinn) og úr koltvíoxíði(neðri hlutinn). Loftþrýstingur er 90 (atm) loftþyngdir sem þýðir það að lofthjúpurinn (gashjúpurinn) þrýstist að þér með 90 sinni meiri þrýstingi en á móður jörðu. Yfirborð Venusar er alsett gljúfrum og gígum. Að auki er allnokkuð um víðáttumiklar sléttur ásamt þvísem að nokkrar hásléttur á stærð við meginlönd jarðar eru áreikistjörnunni. Fjöll eru svipuð og á jörðu niðri og er talið að þau hafi orðið til í eldgosi.

Sól kemur upp, ef að hægt væri að sjá í gegnum um skýjahjúpinn, ívestri og sest í austri (öfugt við aðrar reikistjörnur). Þetta stafar af því að snúningur Venusar er frá austri til vesturs. Þetta er nefnt bakhreyfing.

33


Gróðurhúsaáhrif

sólin

þykkt ský lofthjúps

sólarljós skín á yfirborð en endurkastast að mestu leyti

Hluti sólarljóss nær ígegnum þykk ský lofthjúps. Sólarljósið hitar upp andrúmsloftið og yfirborðið. Lítill hiti tapast út í geiminn þar sem þykku skýin drekka útgeislun í sig. Skýin eru úr koltvíoxíði. Afleiðingar þess eru að andrúmsloft Venusr er mjög heitt. Þetta líkist því sem gerist ígróðurhúsi og er nefnt gróðurhúsaáhrif. Enginn hiti losnar frá yfirborði ígegnum ský lofthjúps.

yfirborðiðhit kemur fráyfirborði

hitinn helst innan andrúmsloftsins

lofthjúpur Venusar

34

Kafli 2.4 - Innri reikistjörnurnarMars – rauðhaus

Allt frá árinu 1976 hafa nokkrar könnunarferðir verið farnar til Mars, meðal annars geimförin Víkingur 1 og 2. Tilgangur Víkinganna var að safna og efnagreina jarðvegssýni frá reikistjörnunni.

Það kom mörgum á óvart að fyrstu jarðvegssýnin voru á margan hátt lík jarðvegi á jörðu. Þó er eitt sérkenni sem jarðvegssýnin fráMars höfðu og var það efni sem fólk nefnir í daglegu máli ryð(járnoxíð).

Á yfirborðinu liggja margir skurðir og er líklegt að í árdaga reikistjörnunnar hafi runnið vatn á yfirborðinu. Ekkert rennandi vatn er þó að finna þó að frosið vatn sé í jökli í kringum póla reikistjörnunnar.

35

Kafli 2.4 - Innri reikistjörnurnarMars – rauðhaus

Flest eldfjöll eru í dvala en mörg eru alls ekki útkulnuð. Eitt helsta kennileiti á Mars er stærsta eldfjall sólkerfisins Ólympusfjall. Það er tvöfalt stærra en Ísland að flatarmáli (við rætur þess).

Gashjúpur Mars er gerður að mestu leyti úr koltvíoxíði en í honum er svolítið af nitri, argoni og vottur af súrefni og vatnsgufu.

Deimos(gríska: ógn)

Fóbos(gríska: ótti)

36

Kafli 2.4 - Innri reikistjörnurnarSmástirnabeltið

Milli brauta Mars og Júpíters er að finna aragrúa kletta og bergs áferð og flugi. Smástirni eru gerð úr grjóti og málmum en flest þeirra eru óregluleg og smá. Seres, sem er 1000 km í þvermál, er stærsta smástirnið.

Eitt sinn var talið að reikistjarna hefði sundrast og að smástirnin væru leifar hennar. Nú er almennt talið að belti þetta sé úr efniskekkjum sem ekki urðu að reikistjörnum þegar sólkerfið varð til.


37

Kafli 2.5 - Ytri reikistjörnurnarJúpíter – Kóngurinn

Af öllu efni í sólkerfinu eru um það bil 99,8% í sólinni. Af þessum 0,2% sem eftir eru þá eru um 70% í Júpíter. Júpíter er stærsta reikistjarna sólkerfis okkar og dregur nafn sitt af æðsta guði Rómverja.

Júpíter svipar um margt til sólar og er að mestu leyti úr vetni og helín líkt og sólin og aðrar sólstjörnur. Ef að Júpíter hefði orðið enn stærri þegar sólkerfið myndaðist hefðu þyngdarkraftar orðið þess valdandi að kjarnasamruni hæfist og að reikistjarnan hefði orðið að stjörnu; líklegast sólstjörnu. Júpíter er það heit að reikistjarnan að hún geislar 1,5 sinnum meiri orku en hún fær frá sólu.

38

Kafli 2.5 - Ytri reikistjörnurnarJúpíter – Kóngurinn

Þegar Júpíter er skoðaður sést ekkert annað en lofthjúpur hans. Yfirborðið hefur aldrei sést og talið er ólíklegt að reikistjarnan hafi nokkurt yfirborð. Skýin á Júpíter mynda ljósa og dökka borða á víxl og er þetta skýjamynstur breytilegt.Á suðurhveli Júpíters er þó rauður blettur sem er sporbaugslaga. Íþessum bletti virðist vera heljarmikill stormur svipaður hvirfilbyljum ájörðu. Tvær jarðir rúmast innan blettsins rauða.

Júpíter hefur gríðarlegt segulhvolf um sig líkt og margar reikistjörnur, þar á meðal jörðin. Segulhvolf er það svæði um reikistjörnu þar sem segulkrafta gætir, það er þeir verka frá reikistjörnunni, þá til dæmis rafhlaðnar agnir, segulnál eða straumrás. Segulhvolf Júpíters er gríðarstórt og nær milljónir kílómetra út fyrir reikistjörnuna.

39

3-5 Ytri reikistjörnurnarJúpíter – Kóngurinn

Júpíter hefur að minnsta kosti 16 tungl á brautum í kringum sig og eru tólf þeirra smá. Hin fjögur eru afar tignarleg og er stærsta þeirra stærra en Merkúr. Þessi tungl voru uppgötvuð af Galíleó Galílei árið 1610 og bera heitið Galíleótunglin. Þau eru Ganýmedes,Kalístó, Evrópa og Íó (stærðarröð).

Íó er innst Galíleótunglanna og þykir tunglið um margt líkt jörðinni hvað virkni varðar. Litir á yfirborði eru blanda af rauðgulum, gulum og rauðum lit og stafar það einkum af miklu magni brennisteins. Mikil eldvirkni er á yfirborði Ió og er lítið um loftsteinagíga áyfirborði tunglsins.

Evrópa er næst innst Galíleótunglanna. Þar eiga sérstök vatns- og ammóníaksgos sér stað. Á eftir Evrópu kemur tunglið Ganýmedessem er stærsta tungl sólkerfisins. Telja menn að þar hafi átt sér stað jarðskjálftar og mun það vera eini staður sólkerfis, utan jarðar, sem slíkt hefur átt sér stað. Kalístó er yst Galíleótunglanna. Þar er mikið af gígum og er tignarlegastur gígurinn Valhöll. 40

3-5 Ytri reikistjörnurnarSatúrnus – Þessi með hringana

Satúrnus er sú reikistjarna sólkerfisins sem hefur hvað greinilegasta hringa um sig. Hringarnir eru að mestu úr ísögnumsem eru afar misjafnar að stærð, allt frá einum þúsundasta úr millímetra upp í næstum 100 km í þvermál. Hringarnir eru án efa ein fegursta sjón sólkerfisins og eru þeir að minnsta kosti 7 talsins.

Satúrnus er líkt og Júpíter að mestu leyti úr vetni og helín. Íkringum miðbaug er vindhraði í lofthjúpi reikistjörnunnar um 1800 km/klst. Þessi ofsahraði er um 4 sinnum meiri en hröðustu vindar áJúpíter.

Ský Satúrnusar minna um margt á ský Júpíters og meira að segja er rauðleitur blettur á suðurhveli reikistjörnunnar.Mun kaldara er á Satúrnusi en Júpíter þó að Satúrnus geisli um 3 sinnum meiri orku en hann fær frá sólu.

41

Kafli 2.5 - Ytri reikistjörnurnarSatúrnus – Þessi með hringana

Tungl Satúrnusar eru fleiri en tungl nokkurrar annarrar reikistjörnu. Þau eru talin vera 18 talsins og er Títan langstærst þeirra.

Títan er næststærsta tungl sólkerfisins. Tunglið er ekki eingöngu merkilegt fyrir stærðarsakir heldur einnig fyrir þá staðreynd að þar er um verulegan gashjúp að ræða (Eitt af fáum fylgitunglum sem hafa slíkan gashjúp).

Gashjúpurinn inniheldur meðal annars nitur (mest af því), metan, vetnissýaníð, koleinoxíð (kolmónoxið), koltvíoxíð og fleiri gastegundir.

42

Kafli 2.5 - Ytri reikistjörnurnarÚranus – Þessi á hliðinni

Hinn þýski-engilsaxi William Herschel fann Úranus árið 1781, þó að talið sé nær öruggt að einhver hafi séð reikistjörnuna áður. Úranus hefur aragrúa fylgitungla um sig og eru þau 17 að tölu og allmisjöfn að stærð.

Gashjúpur Úranusar er blágrænn að lit og stafar það af því að ský hans eru úr metani, helíni og vetni. Efst í skýjum Úranusar getur hitinn náð 210°C frosti. Úranus hefur líkt og hinir gas- og ísrisarnir hringa utan um sig og eru þeir 10 að tölu. Þeir eru líklegast úr frosnu metani eða svokölluðum metanís.

Brautarhalli Úranusar hallar 98° sem þýðir það að reikistjarnan liggur áhliðinni. Þetta veldur því að hringarnir snúast þannig að þeir eru hornréttir á braut Úranusar og jarðar.


43

Kafli 2.5 - Ytri reikistjörnurnarNeptúnus – Blámaðurinn

Neptúnus fannst þegar menn komust að því að Úranus hegðaði sér ekki alveg samkvæmt útreiknuðu líkani, þ.e. það voru veruleg frávik í brautarhreyfingu Úranusar og töldu menn að það stafaði vegna þyngdarkrafta annarrar reikistjörnu. Það var svo 1846 að Jóhann Gottfried fann reikistjörnuna. Hún fékk heitið Neptúnus sakir bláma hennar og á það vel við því Neptúnus var sjávarguð Rómverja.

Neptúnus og Úranus eru gjarnan nefndar systurreikistjörnur vegna þess að þær eru svipaðar að stærð og massa. Neptúnus er hins vegar öðruvísi að því leyti að undir yfirborði er haf úr vatni og fljótandi metani. Þykk metanský fljóta um í lofthjúpinum sem er úr vetni og helín. Hitinn í efstu skýjatoppum er um 220°C frost.

44

Kafli 2.5 - Ytri reikistjörnurnarNeptúnus – Blámaðurinn

Neptúnus hefur að minnsta kosti fjóra hringa um sig en þeir eru afar kekkjóttir og ógreinilegir og minna helst á hveitiklumpa íóhrærðu pönnukökudegi. Um Neptúnus ganga átta fylgitungl og er Tríton þeirra stærst. Tríton er merkilegt fyrir þá sök að það er eitt af köldustu stöðum sólkerfis og að það hreyfist í gagnstæða stefnu við möndulsnúning Neptúnusar.

Tríton fylgitungl Neptúnusar

45

Kafli 2.5 - Ytri reikistjörnurnarPlútó – Lilli

Plútó fannst árið 1930 þegar Clyde Tombaugh rakst loks á hana eftir mikla leit. Plútó dregur nafn sitt af undirheimaguði Rómverja.

Plútó er langminnsta reikistjarna sólkerfisins og gæti í raun verið fyrrum fylgitungl Neptúnusar. Plútó virðist vera gerður úr ýmsum frosnum efnum og þá einkum metanís. Á skuggahlið Plútó virðist metanið frosið en á björtu hliðinni virðist það gufað upp og orðið að lofthjúpi.

Plútó hefur eitt fylgitungl sem ber heitið Karón. Það fannst árið 1978 og á James Christy heiðurinn af því. Karón er helmingi minni en Plútó og er því kerfi Plútós og Karóns á mörkum að vera tvíreikistjörnukerfi. Við höldum okkur við þá skýringu að Karón séfylgitungl Plútó.

46

Kafli 2.6 - Smáhlutir á víð og dreif

Uppruni halastjarna er í Oort-skýinu sem kennt er við hollenska stjörnufræðinginn Jan Oort. Í þessu skýi er aragrúi af ís, gasi og ryki. Efnisagnir dragast saman fyrir tilstilli utanaðkomandi krafta og mynda kekki sem losna og halda í átt til sólar. Þessi kekkir nefnast halastjörnur. Þegar þær nálgast sólina gufar ísinn upp og ryk þeirra hitnar og um þær myndast hjúpur. Kjarni og hjúpur þeirra mynda höfuðið. Sólvindurinn hefur þau áhrif á halastjörnur að út frá þeim myndast hali. Hali þessi vísar ávallt frá sólu. Halastjarnan Halleyhefur stuttan umferðartíma og hefur sést hér á jörðu með reglulegu millibili.

Smærri hlutir eru einnig á ferð um sólkerfið og sjást með berum augum. Þessi fyrirbæri eru nefnd geimgrýti og stærri hnullungar geimsteinar. Þetta eru meðal annars loftsteinar og hrapsteinar.

47

Jörðin er stærst innri reikistjarnanna og ummál hennar við miðbaug er um 40 þúsund km. Miðbaugur jarðar er ímyndaður hringur sem dreginn er á yfirborði jarðar miðja vegu milli norðurpóls og suðurpóls. Baugur þessi skiptir jarðkúlunni í tvö hvel; norður og suður. Sá hluti jarðkúlunnar sem sýnilegur er okkur mönnum skiptist í steinahvolf, vatnshvel og lofthjúp.

Kafli 3.1 - Reikistjarnan jörð

Steinahvolfið er berggrunnur jarðarinnar ásamt því sem á honum liggur. Vindar og vatn hafa sorfið þennan grunn í tímans rás og mótað í þá mynd sem við þekkjum til að mynda hér á landi. Steinahvolfið, eða jarðskorpan, er allt frá 8 km að þykkt, undir úthöfum, upp í 32 km, undir meginlöndum. Meginlönd, öll önnur lönd og eyjar eru hluti af steinahvolfi ásamt klettum og grjóti.

48

Vatnshvelið er sá hluti jarðar þar sem yfirborðið er vatn og er það allt að 70% af yfirborði jarðar. Flest það vatn í úthöfum er blandað með salti, ýmist matarsalti eða natríumklóríð (NaCl). Ósalt vatn er að finna ímörgum vötnum og ám ásamt í brunnum og öðrum vatnsbólum.

Kafli 3.1 - Reikistjarnan jörð

Lofthjúpurinn er það svæði jarðkúlunnar sem nær frá yfirborði til enda hennar; eins konar ysta lag jarðkúlunnar. Efni lofthjúpsins, eða gufuhvolfsins, er 78% nitur og 21% súrefni. Hin efnin, sem nema 1% af efnum lofthjúpsins, eru argon, koltvíoxíð, neon, helín og vatnsgufa.

Nitur78%

Argon, koltvíoxíð,

neon, helín og vatnsg.

1%

Súrefni21%


49

Jörðin, líkt og hinar reikistjörnurnar, gengur á sporbaug um sólu og kallast þetta brautarhreyfing. Meðan á þessari hreyfingu stendur snýst hún um möndul (ás) sinn, þetta kallast möndulsnúningur. Þessar tvær hreyfingar, brautarhreyfing og möndulsnúningur, ráða því hvernig sumar og vetur, árstíðarskipti, skiptist svo og nótt og dagur, dægraskipti. Sólarhringur er sá tími sem það tekur jörð að snúnast einn hring um möndul sinn miðað við sól. Hver snúningur jarðar um möndul sinn tekur 24 tíma og sólarhringur 24 tímar.

Kafli 3.2 - Jörðin í geimnum

Dægraskipti verða þegar skiptist á nóttu og degi. Einn staður á jörðinni snýr að sólu á ákveðnum tímapunkti en þegar tíminn líður snýr þessi staður frá sólu. Þessi áðurnefndi staður snýr svo aftur að sólu að 24 stundum liðnum.

50

Möndull jarðar er ekki hornréttur, þ.e. 90°, á braut hennar um sólu og skakkar þar 23,5° á. Halli þessi nefnist möndulhalli. Hallinn veldur þvíað staðir nálægt pólunum geta notið birtu sólar lengur en í sólarhring ísenn og á móti verið í skugga jarðar lengur en sólarhring. Allir Íslendingar þekkja bjartar sumarnætur sem eiga rætur að rekja til möndulhalla. Sýndarhreyfing sólar, ekki raunhreyfing því reikistjörnur hreyfast, er frá austri til vesturs, þ.e. sólin �kemur upp� í austri en �sest� í vestri.


Ein umferð jarðar á braut sinni um sól nefnist eitt ár og á þeim tíma hefur jörðin snúist 365,2422 sinnum um möndul sinn. Almanaksárið er yfirleitt 365 dagar og til að missa ekki úr 0,2422 úr degi hvert ár er bætt við heilum degi fjórða hvert ár svo að slíkt ár, sem nefnist hlaupár, verður 366 dagar. Þó er undantekning á reglunni hér að ofan að ekki er bætt degi við aldamótaár nema að hægt sé að deila í árið með tölunni 4 og fá út slétta tölu. Til að mynda var 2000 hlaupár en ekki 1900. Þetta tímatal nefnist gregoríanskt tímatal.

51

Margar reikistjörnur eiga það sameiginlegt með jörðinni að þar eiga sér stað árstíðarskipti. Á þetta rætur sínar að rekja til möndulhalla. Hjáþremur reikistjörnum er möndullinn nánast hornréttur á brautina og þvíeiga engin árstíðarskipti sér stað. Þetta á við um reikistjörnurnar Merkúr, Venus og Júpíter.


Um jörðina liggur geysistór ósýnilegur hjúpur sem nefnist segulhvolf. Stafar þetta hvolf af snúningi og iðustreymi í kjarna jarðar sem er úr nikkel og járni. Segulhvolfið hefur áhrif á rafhleðslur, rafstrauma og segla sem koma nálægt því. Það nær í 64 þús. km fjarlægð út í geim áþeirri hlið sem snýr að sólinni en milljónir kílómetra á þeirri hlið sem snýr frá sólu því sólvindur aflagar það í sífellu. Segulsvið jarðar safnar eindum frá sólvindi í tvö belti og eru þau kennd við dr. James A. van Allen. Allen-beltin tvö grípa banvæna geislun frá sól. Sumar agnir geislunar komast í gegnum beltin og mynda þá segulljós séð frá jörðu. Við þekkjum fyrirbærið betur undir nafninu norðurljós.

52

Segulhvolf jarðar


53

Belti van Allen


54

Kafli 3.3 - Tunglið


55

Staðreyndir um tunglið


1/50 RjörðRúmmál

1/8 MjörðMassi

1,6 NÞyngdarkraftur við yfirborð

15Lengd dags, og nætur, í jarðdögum

29 d., 12 k. og 44 m.Umferðartími miðað við jörð og sólu

37,94Flatarmál yfirborðs í milljónum km2

10,92Ummál í þúsundum km

3476Þvermál í km (um ¼ hluti af þvermáli jarðar)

384Meðalfjarlægð frá jörð í þúsundum kílómetra

56

Yfirborð tunglsins er þurrt og gróðurlaust og efsta lagið er frá einum metra upp í 20 að þykkt. Jarðvegur tunglsins er nær eingöngu úr grjóti og ryki. Jarðvegur á rætur sínar að rekja til milljarða ára þróunar sem einkennist af látlausri skothríð geimsteina, jafnt stórra sem smárra. Margir gígar hafa myndast við árekstur þessara steina við yfirborðið og sumir eru allt að 100 kílómetrar í þvermál. Á milli gíganna er mikið sléttlendi sem kallað var �haf� af stjarnfræðingum fyrri tíma.


Fjöldinn allur af fjöllum er á tunglinu og sum þeirra gnæfa í þúsund metra hæð yfir sléttlendinu. Margir telja að þessi hálendissvæði hafi orðið til við eldvirkni fyrir milljörðum ára. Ekkert rennandi vatn er átunglinu og bendir ekkert til þess að svo hafi nokkurn tíma verið. Efsta lag tunglsins eða skorpa þess er 65 km á þykkt. Fyrir innan hana er um það bil 800 km þykkt lag af þéttu bergi og fyrir innan það er talið líklegt að leynist kjarni.

57

Tunglið gengur á braut um jörðina líkt og reikistjörnur ganga á braut um sólu. Umferð tunglsins á braut sinni tekur þó bara einn tunglmánuð. Á ferð tunglsins um jörðina breytist afstaða þess til jarðar og sólar og breytist ásýnd þess á himni; nefnist kvartilaskipti. Tunglið skín ekki af sjálfdáðum heldur endurkastar það sólarljósinu. Þetta gerir það að verkum að einungis er unnt að sjá þann hluta tunglsins sem sólin fellur á hverjum tíma.


Þegar tunglið er milli jarðar og sólar snýr það óupplýstu hliðinni að jörð og sést yfirleitt ekki. Þá kallast tunglið nýtt tungl. Stundum sést nýtt tungl þegar sólarljós endurkastast af jörðu og á tunglið og svo aftur til baka. Það ferli nefnist jarðskin.

58

Eftir að tunglið er nýtt færist það til vinstri miðað við sólina og verður að mánasigð. Stundum er sagt að hægt sé að stinga vinstri hendi inn í tunglið. Eftir eina viku frá nýju tungli verður það hálft (kvartil eða hálfmáni) og er enn vaxandi. Þegar líður á tunglmánuðinn verður það gleitt og að lokum fullt, eða tveimur vikum frá nýju tungli. Þegar tunglið er fullt er það eins og hvítur hringlaga diskur á himni. Eftir að tunglið hefur verið fullt fer það að minnka í öfugri röð miðað við hvernig það stækkaði, það er fyrst gleitt svo hálft og að lokum sigð. Tunglmánuður er 29,5 sólarhringar.


Fullt tungl er andstætt sólu og er hátt á lofti á miðnætti. Vaxandi tungl er vinstra megin við sólu og sést vel á kvöldin þegar sól er að setjast ívestri. Það sést síður á morgnana. Þegar tungl er minnkandi sést það hins vegar vel á morgnana.

59

Kvartilaskipti


60

Myrkvar eru einkum tvenns konar; sól- og tunglmyrkvi. Sólmyrkviverður þegar tunglið myndar beina línu milli sólar og jarðar. Tunglið er nýtt á milli sólar og jarðar. Ljós frá sólu nær ekki til jarðar á dálitlu svæði. Þetta svæði er í alskugga tunglsins og byrgir tunglið alveg fyrir sólina. Hálfskuggi myndar deildarmyrkva á sól og sést því aðeins hluti sólar. Ætla mætti að sólmyrkvar væri einu sinni í mánuði en þeir gerast sjaldnar en svo og er ástæða þess sú að oftast er tunglið ekki alveg íbeinni línu milli sólar og jarðar.


Tunglmyrkvi er þegar tungl gengur inn í skugga jarðar og myrkvast um stund. Stundum myndast dökkur koparlitur á tunglinu við slíkan myrkva. Tunglmyrkvi sést frá allri næturhlið jarðar það er frá þeirri hlið sem snýr frá sól.


61

Kafli 3.3 - Tunglið - sólmyrkvi

hálfskuggi

almyrkvi á sól

deildamyrkvi á sól

sólin

alskuggi

jörðin

tunglið

Sólmyrkvi

geislar sólar

62

Kafli 3.3 - Tunglið - tunglmyrkvi

sólin

Tunglmyrkvi

jörðin tunglið

geislar sólarhálfskuggi

alskuggi

63

Heimildir

Þorsteinn Vilhjálmsson. 2001. Sól, tungl og stjörnur.Námsgagnastofnun, Reykjavík.

Vilhelm S. Sigmundsson. 2003. Milli himins og jarðar. Menntaskólinn íReykjavík, Reykjavík.

Brown, Peter Lancaster. 1975. Bogen om astronomi. Politikens Forlag,Kaupmannahöfn

Ari Trausti Guðmundsson. 1992. Ferð án enda: ágrip af stjörnufræði.Ísafoldarprentsmiðja hf., Reykjavík.

The story of the Earth. 1972. Her Majesty�s Stationery Office for the Institute of Geological Sciences, London.

© 2003-2004 Kristján Þór Þorvaldsson ([email protected])

kafli 1.1 - mælingar í vísindum - valo.kt.is · kristjan 2 7 kafli 2.1 - sólkerfið verður til...

Documents