http://213.220.126.15/valo 1

1

Upprifjun fyrir samræmt próf í náttúrufræði

Kristján Þorvaldssonkristjan@seltjarnarnes.is - http://213.220.126.15/valo

Stjörnufræði � hluti 2

2

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.

3

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. Í þessum bletti virðist vera heljarmikill stormur svipaður hvirfilbyljum á jörðu. Tvær jarðir rúmast innan blettsins rauða.

Júpíter hefur gríðarlegt segulhvolf um sig líkt og margar reikistjörnur, þar ámeðal 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.

4

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, Kallístó, 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 áyfirborði Íó og er lítið um loftsteinagíga á yfirborði tunglsins.

Evrópa er næst innst Galíleótunglanna. Þar eiga sérstök vatns- og ammóníaksgos sér stað. Á eftir Evrópu kemur tunglið Ganýmedes sem 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. Kallístó er yst Galíleótunglanna. Þar er mikið af gígum og er tignarlegastur gígurinn Valhöll.

http://213.220.126.15/valo 2

5

3-5 Ytri reikistjörnurnarSatúrnus � Þessi með hringana

Satúrnus er sú reikistjarna sólkerfisins sem hefur hvað greinilegasta hringa um sig. Hringarnir eru að mestu úr ísögnum sem eru afar misjafnar að stærð, allt frá einum þúsundasta úr millímetra upp ínæstum 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. Í kringum miðbaug er vindhraði í lofthjúpi reikistjörnunnar um 1800 km/klst. Þessi ofsahraði er um 4 sinnum meiri en hröðustu vindar á Júpíter.

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.

6

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.

7

Kafli 2.5 - Ytri reikistjörnurnarÚranus � Þessi á hliðinni

Hinn þýski-engilsaxi William Herschel fann Úranus árið 1781, þó að talið sénær 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 ábraut Úranusar og jarðar.

8

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 íbrautarhreyfingu 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 íefstu skýjatoppum er um 220°C frost.

http://213.220.126.15/valo 3

9

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 í óhrærðu 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

10

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 ábjörtu hliðinni virðist það gufað upp og orðið að lofthjúpi.

Plútó hefur eitt fylgitungl sem ber heitið Karón. Það fannst árið 1978 og áJames 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 sé fylgitungl Plútó.

11

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. Sólvindurinnhefur þau áhrif á halastjörnur að út frá þeim myndast hali. Hali þessi vísar ávallt frá sólu. Halastjarnan Halley hefur 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.

12

Jörðin er stærst innri reikistjarnanna og ummál hennar við miðbaug er um 40 þúsund km. Miðbaugur jarðar er ímyndaður hringur sem dreginn er áyfirborði 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.

http://213.220.126.15/valo 4

13

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 í mörgum 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%

14

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 sátími 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 frásólu. Þessi áðurnefndi staður snýr svo aftur að sólu að 24 stundum liðnum.

15

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 því að staðir nálægt pólunum geta notið birtu sólar lengur en í sólarhring í senn og á móti verið í skugga jarðar lengur en sólarhring. Allir Íslendingar þekkja bjartar sumarnætur sem eiga rætur að rekja til möndulhalla. Sýndarhreyfingsólar, ekki raunhreyfing því reikistjörnur hreyfast, er frá austri til vesturs, þ.e. sólin �kemur upp� í austri en �sest� í vestri.

Kafli 3.2 - Jörðin í geimnum

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.

16

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

Kafli 3.2 - Jörðin í geimnum

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 á þeirri hlið sem snýr að sólinnien milljónir kílómetra á þeirri hlið sem snýr frá sólu því sólvindur aflagar það ísífellu. 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 frásól. Sumar agnir geislunar komast í gegnum beltin og mynda þá segulljós séð frá jörðu. Við þekkjum fyrirbærið betur undir nafninu norðurljós.

http://213.220.126.15/valo 5

17

Segulhvolf jarðar

Kafli 3.2 - Jörðin í geimnum

18

Belti van Allen

Kafli 3.2 - Jörðin í geimnum

19

Kafli 3.3 - Tunglið

20

Staðreyndir um tunglið

Kafli 3.3 - 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

http://213.220.126.15/valo 6

21

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.

Kafli 3.3 - Tunglið

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 á tunglinu og bendir ekkert til þess að svo hafi nokkurn tíma verið. Efsta lag tunglsins eða skorpaþess 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.

22

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.

Kafli 3.3 - Tunglið

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.

23

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 íöfugri röð miðað við hvernig það stækkaði, það er fyrst gleitt svo hálft og að lokum sigð. Tunglmánuður er 29,5 sólarhringar.

Kafli 3.3 - Tunglið

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 í vestri. Það sést síður á morgnana. Þegar tungl er minnkandi sést það hins vegar vel á morgnana.

24

Kvartilaskipti

Kafli 3.3 - Tunglið

http://213.220.126.15/valo 7

25

Myrkvar eru einkum tvenns konar; sól- og tunglmyrkvi. Sólmyrkvi verður 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 sólmyrkvarværi einu sinni í mánuði en þeir gerast sjaldnar en svo og er ástæða þess súað oftast er tunglið ekki alveg í beinni línu milli sólar og jarðar.

Kafli 3.3 - Tunglið

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 frásól.

26

Kafli 3.3 - Tunglið - sólmyrkvi

hálfskuggi

almyrkvi á sól

deildamyrkvi á sól

sólin

alskuggi

jörðin

tunglið

Sólmyrkvi

geislar sólar

27

Kafli 3.3 - Tunglið - tunglmyrkvi

sólin

Tunglmyrkvi

jörðin tunglið

geislar sólarhálfskuggi

alskuggi

28

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.

© 2003-2005 Kristján Þorvaldsson (kristjan@seltjarnarnes.is)