Planetenstelsels 6. Aard-achtige planeten

Transcriptie

1 Planetenstelsels 6. Aard-achtige planeten 24 maart 2014 Docent: Dr. Michiel Hogerheijde, Assistenten: Ricardo Herbonnet, Jens Hoeijmakers, Overzicht van het college datum onderwerp details 10 februari Inleiding 17 februari Baandynamica 24 februari Exoplaneten Historie; overzicht van het zonnestelsel; oorsprong van planetenstelsels; exoplaneten. De wetten van Newton en Kepler; eigenschappen van ellipsen; baanbeschrijving; baanbepaling; voorbij het 2-lichamen probleem. Historie; Drake vergelijking; detectiemethoden: direct imaging, transits, radial velocity; eigenschappen van exoplaneten; detectie van exo-aardes 3 maart Kleine objecten in het zonnestelsel Definitie van 'planeet'; baanbeweging en resonanties; asteroiden; zodiacaal stof; meteorieten; de Kuiper gordel; kometen; manen; ringen. 17 maart Reuzenplaneten Baanbeweging en rotatie; interne structuur; atmosfeer; magnetische velden; satellieten. 24 maart 31 maart Aard-achtige planeten Vorming van planetenstelsels Baanbeweging en rotatie; interne structuur; oppervlakte processen en tectoniek; atmosfeer en broeikaseffect; magnetische velden; leven. Nebular hypothesis; standaard model van stervorming; waarnemingen van protoplanetaire schijven; van stof to planeten; chronologie van het zonnestelsel. 2

2 Herhaling vorige week: Reuzenplaneten Het zonnestelsel telt 4 gasreuzen: Jupiter, Saturnus, Uranus, en Neptunus In tegenstelling to aard-achtige planeten hebben deze geen vast oppervlak, maar gaat hun materiaal bij grotere diepte zonder scherpe overgang over van gas-vormig naar vloeibaar, en voor Jupiter & Saturnus uiteidenlijk naar metallisch waterstof Jupiter & Saturnus bestaan uit een kern van rots & ijs, omgeven door een mengsel van metallisch waterstof en helium, en uiteindelijk gasvorming H en He Uranus en Neptunus hebben, relatief, een veel grotere kern van rots en ijs, omgeven door een mantel van waterstof en helium De atmosferen van de 4 gasreuzen zijn gedefineerd als de laag boven een druk niveau van 1 bar, waar zich diverse wolkenlagen bevinden. Alle gasreuzen hebben uitgebreide systemen van manen en ringen De getijdenwerking van Jupiter heeft een belangrijke invloed op de banen en de inwendige structuur van de 4 Galileïsche manen Aard-achtige planeten Overzicht Interne structuur Oppervlak Atmosfeer Samenvatting 4

3 Overzicht 5 Vier aard-achtige planeten Het zonnestelsel kent vier aard-achtige planeten: Mercurius, Venus, aarde, Mars m a P Rgemiddeld dichtheid albedo Patm (1023 kg) (AU) (dagen) (km) (g cm-3) Mercurius x10-15 Venus Aarde Mars (bar) 6

4 ...en vergelijkbare manen...en een aantal manen die niet veel verschillen van de aard-achtige planeten (bijv. R>1000 km) m rs (1020 kg) (103 km) P Rgemiddeld dichtheid (dagen) (km) (g cm-3) planeet albedo maan aarde 0.12 Io Jupiter 0.61 Europa Jupiter 0.64 Ganymedes Jupiter 0.42 Callisto Jupiter 0.20 Titan Saturnus 0.21 Triton Neptunus km < R < 1000 km: Saturnus: Tethys, Dione, Rhea, Iapetus Uranus: Ariel, Umbriel, Titania, Oberon Pluto: Charon 7 Interne structuur 8

5 Zelfde benadering als voor reuzenplaneten Construeer een model dat de beschikbare waarnemingen reproduceert massa, straal gemiddelde dichtheid afplatting, g(r) ρ(r) elementaire samenstelling wel of geen magnetisch veld: zone waar dynamo opgewekt kan worden aan- of afwezigheid van vloeibaar materiaal in binnendelen interne warmtebron seismische informatie (aarde, maan, Mars) deze aspecten wijken in belangrijke mate af van de reuzenplaneten 9 Elementaire samenstelling aard-achtige planeten zijn, in vergelijking met de zon, rijk aan zware elementen en arm aan lichte elementen te verklaren uit vormingsgeschiedenis objecten zijn op een gegeven moment heet geweest door voortdurende inslagen van rotsfragmenten lichte elementen zijn ontsnapt, zware achtergebleven elementaire samenstelling moet op deze manier op plausibele manier verkregen kunnen worden d.w.z. verhoudingen van elementen moet overeenstemmen met wat je verwacht gegeven condensatietemperatuur diverse mineralen waarin die elementen zich kunnen bevinden. 10

6 Vloeibare binnendelen af te leiden uit sporen op het oppervlak vulkanen platentektoniek recente herbedekking van het oppervlak = weinig inslagkraters zoals we zullen zien, hangt de aan- of afwezigheid van een vloeibaar gedeelte in de inwendige structuur samen met samenstelling van elementen en mineralen interne warmtebron(nen) 11 Seismische informatie Uit de propagatiesnelheid en breking van verschillende soorten seismische golven kan de interne dichtheidsstructuur en de vloeibaarheid van het inwendige van een planeet worden gereconstrueerd. P S P- en S-golven: Verschillen in propagatie door inwendige aarde structuur 12

7 Interne sturctuur van de aarde (1) Korst: continenten Vaste binnen-kern: km ijzer/nikkel (4%) legering Scheidslijn mantel/korst: oceaan 6 11 km Vloeibare buiten-kern (ijzer+nikkel, met wat lichtere Mohorovičić elementen ( Moho ) zoals S, K, lithosfeer O) km discontinuïteit Vaste Vaste mantel mantel d.w.z. atomen bevinden zich in diverse kristalstructuren Basalt, graniet, e.d.: peridotite : Fe-Mg-rijke mineralen rijk aan licht materiaal Trage stroming van vast (!) materiaal (~cm/jaar) mogelijk in zoals Si en Al 2900 km asthenosfeer ( asthenes =zwak) Fe-Mg-rijke mineralen Lithosfeer is rigide ( lithos =rotsachtig) Vloeibare Korst buitenkern Meer Si- en Al- rijkere mineralen: lichter in gewicht 5154 km Scheidslijn mantle/korst: Mohorovičić Binnenste ( Moho ) kern: vast 6371 km asthenosfeer kern Fe-Ni met lichtere elementen zoals S, K, O Fe met 4% Ni 13 Interne sturctuur van de aarde (2) Vaste binnen-kern: ijzer/nikkel (4%) legering Vloeibare buiten-kern (Fe+Ni, met wat lichtere elementen zoals S, K, O) Vaste mantel d.w.z. atomen bevinden zich in diverse kristalstructuren peridotite : Fe-Mg-rijke mineralen Trage stroming van vast (!) materiaal (~cm/jaar) mogelijk in asthenosfeer ( asthenes =zwak) Lithosfeer is rigide ( lithos =rotsachtig) Korst Meer Si- en Al- rijkere mineralen: lichter in gewicht Scheidslijn mantle/korst: Mohorovičić ( Moho ) Let op! Korst vs mantel lithosfeer vs asthenosfeer. 14

8 Interne sturctuur van Mercurius, Venus, Mars, maan Mars, Venus, en aarde hebben een vergelijkbare interne structuur Mercurius heeft een, relatief, veel grotere kern Hogere temperatuur tijdens vorming Mercurius kan geleid hebben tot een verarming aan lichte elementen typisch voor de mantel De maan heeft juist een heel kleine kern Voornamelijk mantel maan <2 % Mercurius 16% ~42% ~12% ~9 % Mars aarde Venus 15 Is de maan ontstaan na een enorme inslag? De maan heeft juist een heel kleine kern Voornamelijk mantel materiaal Gevormd uit materiaal aardmantel na enorme inslag in vroege geschiedenis zonnestelsel? ~100 Myr na vorming aarde 16

9 Interne sturctuur van Mercurius, Venus, Mars, maan Venus en de aarde hebben een vergelijkbaar dunne lithosfeer Verwacht platentektoniek in beide gevallen Mars heeft een iets dikker lithosfeer Verwacht minder platentektoniek Venus: lithosfeer km aarde: lithosfeer km (continenten) km (oceanen) maan: lithosfeer 1000 km de maan heeft een heel dikke lithosfeer hoe minder interne warmte het object nog heeft, des te dikker de lithosfeer Mercurius Mars: lithosfeer 200 km korst lithosfeer asthenosfeer kern 17 Differentiatie: warmtebronnen (1) Materiaal binnen de planeten is gedifferentieerd: zwaardere elementen zijn naar centrum gezakt Dit vereist dat het materiaal vloeibaar is Welke warmtebronnen zijn in staat het materiaal in de planeet vloeibaar te houden? Restwarmte van vorming Verwarming door inslagen tijdens en na vorming Differentiatie van de nikkel/ijzer kern Getijdenwerking Aarde: ~1 m in aardkorst Verwaarloosbare bijdrage aan opwarming voor aarde Dominate bijdrage voor Io, Europa -δg δg 18

10 Getijden in het aarde-maan systeem (1) Gevolgen: eb & vloed Intermezzo δg t.g.v maan 2x δg t.g.v. zon t.g.v. getijdenwerking maan & zon springvloed kneden van binnenste van de planeet ook vloeibaar (en vast) gesteente beweegt o.i.v. getijdenwerking 19 Getijden in het aarde-maan systeem (2) Intermezzo kneden van binnenste planeet (+ wrijving eb/vloed) kost energie waar komt deze vandaan? uit rotatie van de aarde: aarde gaat steeds langzamer roteren(*) 350 Myr geleden: 1 jaar = 400 dagen nu: vertraging meetbaar met atoomklokken zelfde effect ook voor maan, maar dan sterker rotatie van de maan is al volledig vertraagd 1 rotatieperiode = 1 omloopperiode geen vervorming meer van maan geen energieverlies meer (*) Behoud van hoekmoment: hoekmoment aardrotatie neemt af hoekmoment maanbaan neemt toe: maan beweegt langzaam van de aarde af 20

11 Getijden in het aarde-maan systeem (3) Intermezzo Maar: maan kan alleen exact dezeflde kant naar de aarde gericht houden als de baan een perfecte cirkel zou zijn In werkelijkheid is de baan licht elliptisch Oriëntatie maan niet helemaal perfect naar de aarde: libratie Getijdenwerking duwt & trekt aan de maan tijdens afwijking van perfecte orientatie Resultaat: baan van de maan wordt langzamerhand steeds meer cirkelvormig Eindsituatie: rotatieperiode aarde = rotatieperiode maan = baanpreiode baan en daarna begint getijdenwerking van de zon er voor te zorgen dat de rotatieperiode van de aarde gelijk gaat worden aan de baanperiode van de aarde Differentiatie: warmtebronnen (2) Zelfs als we verhitting door de getijden meenemen, zou een planeet als de aarde zijn oorspronkelijke interne hitte in Myr kwijtraken Er moet dus nog een belangrijke bron van warmte zijn: Verval van radioactive elementen Belangrijkste elementen: Uranium-238 (halfwaarde tijd ~ 4.5 Gyr) en Thorium-232 (hlafwaarde tijd ~ 14 Gyr) Vooral aanwezig in de aardkorst! Veel minder in de mantel Nagenoeg afwezig in de kern Vergelijkbaar met oorspronkelijke warmte over van vorming Andere planeten: ook van belang voor Venus, Mars, niet voor Mercurius (veel grotere kern) 22

12 Transport van warmte (1) Geleiding Domineert in de vaste korst Niet erg efficiënt! Convectie: belangrijk in de asthenosfeer subductie zone oceaan korst lithosfeer continentale korst spreidingszone oceaan korst mantel kern asthenosfeer 23 Transport van warmte (2) Advectie =transport van gesmolten materiaal (magma) naar oppervlak Platentektoniek: ~ mm/jaar Subductie: koud materiaal uit lithosfeer terug naar asthenosfeer Spreidingszone: warm materiaal asthenosfeer naar oppervlak spreidingszone lithosfeer lithosfeer subductie zone kern Planetenstelsels 6. Aard-achtige planeten (24 asthenosfeer maart 2014) 24

13 Interne structuur Io en Europa Verwarming door getijdenwerking Jupiter Vloeibare oceaan onder dikke ijslaag op Europa Nagenoeg gesmolten asthenosfeer in Io kneden door getijden 100x belangrijker dan radioactief verval dunne, vloeibare laag magma? mantel: silicaten Io dunne lithosfeer asthenosfeer met sterke convectie, bijna gesmolten? vaste lagere mantel ijslaag; vloeibaar? mantel: silicaten Europa ijskorst 150 km 965 km gesmolten? kern (rijk aan Fe en Si) 1821 km gesmolten? kern (rijk aan Fe) 1565 km 25 Oppervlakte 26

14 definitie banen niet-graviationele krachten planetoiden, KBOs, kometen meteorieten samenvatting Waarom is een planeet rond? (1) Hydrostatisch evenwicht: zwaartekracht & opwaartse druk houden elkaar in evenwicht Uit college 4, Kleine Objecten F g + dp dr waarbij met dichtheid ρ(r) en ingesloten massa M(r) r Hieruit volgt δr =0 0 F g = GM(r) δm r 2 ρ(r )4πr 2 dr = dp dr = GM(r) r 2 ρ(r) GM(r) Aρ δr r 2 δr F g P (r + δr) P (r) Planetenstelsels 4. Kleine objecten (27 februari 2012) 27 definitie banen niet-graviationele krachten planetoiden, KBOs, kometen meteorieten samenvatting Waarom is een planeet rond? (2) Uit college 4, Kleine Objecten We benaderen d.w.z., de dichtheid varieert niet veel: onsamendrukbaar materiaal ok tot factor ~3 voor de aarde We krijgen dan met dp dr = GM(r) r 2 ρ Hieruit volgt M(r) = 4 3 πr3 ρ met de randvoorwaarde dat de druk op het oppervlak 0 is, volgt als oplossing ρ(r) ρ dp dr = 4 3 πg ρ2 r P (r) = 2 3 πg ρ2 (R 2 p r 2 ) P (R p )=0 Planetenstelsels 4. Kleine objecten (27 februari 2012) 28

15 definitie banen niet-graviationele krachten planetoiden, KBOs, kometen meteorieten samenvatting Waarom is een planeet rond? (3) In het centrum van de aarde vinden we dan (Rp=R, ρ=5000 kg m -3 ) P (0) = 2 3 πg ρ2 R 2 = Nm 2 Uit college 4, Kleine Objecten Rots wordt vloeibaar bij een druk van ~10 9 Nm -2 d.w.z. op een diepte van ~25 km voor Rp=R (exact: ~ km, de dikte van de aardkorst) een planeet zoals de aarde is gevuld met vloeibaar gesteente, dat de vorm aanneemt van de laagste potentiële energie. Voor een ronde vorm, bevindt het materiaal zich het dichst bij het cetrum daarom zijn planeten rond De kritische waarde van ~10 9 Nm -2 wordt bereikt voor objecten vanaf ~500 km in straal als we een gemiddelde dichtheid van 5000 kg m -3 aannamen. Ceres heeft een straal van 475 km. Planetenstelsels 4. Kleine objecten (27 februari 2012) 29 Maximaal verticaal reliëf Met dezelfde redenering kunnen we ook de maximale hoogte van een berg afleiden De druk op de bodem t.g.v. een berg met hoogte h moet minder zijn dan de kritische waarde waarbij rots gaat stromen. Druk = kracht / oppervlak Kracht Druk F g = GM pm berg R 2 p P = F g A = GM pρh R 2 p = GM pρah R 2 p ρ A M p h R p Gelijkstellen aan kritische druk geeft h max = P critr 2 p GM p ρ Aarde: ~25 km. Mauna Loa ~ 10 km. Mars: ~100 km. Olympus Mons ~ 25 km. 30

16 Platentektoniek Het oppervlak van de aarde is jong Continentale korst is iets lichter dan oceaankorst, en drijft hoger Oceaankorst is het jongst, 200 Myr jaar (Delen van) continenten zijn ouder, tot 3.7 Gyr 31 Vulkanisme (1) Platentektoniek en vulkanisme zijn allebei gevolgen van gebrekkig warmtetransport in de lithosfeer t.o.v. de asthenosfeer. Verschillende soorten vulkanisme op aarde: spreidingszone Mid-atlantische spreidingszone IJsland: Surtsey Mount Kilimanjaro: Oostafrikaanse rift 32

17 Vulkanisme (2) Verschillende soorten vulkanisme op aarde: subductiezone Licancabur: Chileense Andes 33 Vulkanisme (3) Verschillende soorten vulkanisme op aarde: hot spots Hawai`i Mauna Kea Mauna Loa 34

18 Factoren die vulkanisme beïnvloeden Zwaartekracht Hoe sterker de zwaartekracht, hoe sneller magma naar de oppervlakte stijgt: wet van Archimedes Hoe sterker de zwaartekracht, hoe verder magma kan uitstromen Dichtheid van de atmosfeer Hoe lager de dichtheid, hoe hoger de vulkanische as- en rookpluim Temperatuur van het oppervlak en de atmosfeer Hoe hoger de temperatuur, hoe langzamer lava afkoelt (en hoe verder het dus kan stromen 35 Vulkanisme op andere planeten (1) Mercurius Verspreide aanwijzingen voor vulkanisme in het verleden Venus Vulkanen aanwezig maar mogelijk uitgedoofd Oppervlak ~500 Myr oud: hele oppervlak vernieuwd Geen platentektoniek Aarde 70% oppervlak bedekt met basalt <200 Myr oud (oceanen) veel actieve vulkanen enige planeet met (actieve) platentektoniek Mogelijke uitgedoofde vulkaan op Mercurius Lavastromen op Venus 36

19 Vulkanisme op andere planeten (2) Mars Olympus Mons: grootste vulkaan in het zonnestelsel (100x volume Mauna Loa) Laatste vulkanisme 1 Gyr - paar honderd Myr geleden (onzeker) Hawai i op dezelfde schaal Olympus Mons 37 Vulkanisme op andere planeten (3) maan Mare bassins: basalt Gyr oud, sommige Gyr Io Meest vulcanisch actieve object in zonnestelsel Surface heat flow ~30x aarde! Bedekken 5% oppervlak van Io Advectie is voornaamste transport mechanism: geen tectoniek 38

20 Cryovulkanisme Op sommige manen komt het analoge proces voor met ijs i.p.v. rots Bijvoorbeeld: Tektoniek van ijsplaten op Europa Cryovulkanen op Enceladus en Triton en aanwijzingen daarvan op Ariel en Miranda Enceladus 39 Inslagkraters (1) Inslagen van meteorieten dragen in belangrijke mate bij aan de (ver-) vorming van het oppervlak van planeten Ogenschijnlijk kleine invloed op aarde: erosie, vulkanisme, en platentektoniek hebben veel sporen uitgewist 40

21 Inslagkraters (2) micrometeorieten: verpulveren langzaam oppervlak van objecten zonder atmosfeer objecten tot ~10 20 m worden door de aardatmosfeer volledig afgeremd en belanden via een vrije val op oppervlak, met snelheden van een paar honderd m s -1 vorming van slechts kleine inslagkrater objecten groter dan 20 m komen met snelheden van enkele tot tientallen km s -1 neer vorming van een grote inslagkrater op planeten zonder of met slechts een dunne atmosfeer (Mars) slaan alle meteorieten in met hoge snelheid 41 Kraters als chronometers (1) Hoe ouder een oppervlak, hoe meer kraters Pas sinds jaren 1960 is onomstotelijk bewezen dat inslagkraters het gevolg zijn van meteorieten en niet van bijv. vulkanisme Vereiste laboratorium proeven van inslagen op materiaal met hoge snelheid Hoe jonger een oppervlak hoe minder inslagkraters 42

22 Kraters als chronometers Aantal inslagen neemt af sinds de vorming van het zonnestelsel want er zijn steeds minder meteorieten late heavy bombradement, ~3.9 Gyr geleden vorming van mare basins op de maan Calibreer aantal inslagen als functie van tijd via datering van oppervlakte maan Gebruik deze nu om oppervlakte Mars, Mercurius, e.d. te dateren Kan alleen bij benadering: frequentie van inslagen verschillend voor de verschillende planeten in het zonnestelsel 43 Andere oppervlakte processen Fluviale processen D.w.z. erosie en modificatie door stroming van materiaal bijv. (tijdelijke) rivieren op Mars na smelten van ondergronds ijs Aeolische processen D.w.z. erosie en modificatie door bewegingen in de atmosfeer bijv. duinen op Mars 44

23 Atmosfeer 45 Samenstelling Samenstelling van de atmosferen van de planeten Venus, aarde, Mars; en de maan Titan Geoxideerde atmosferen Venus aarde Mars Titan N O ppm ppm CO ppm ppb CH4 3 ppm H2O 50 ppm <0.03* <100 ppm* 0.4 ppb Ar 70 ppm ? H2? 0.5 ppm 10 ppm *=variabel Mercurius, maan, Europa, Callisto, Ganymedes: alleen een exosfeer t.g.v. inslagen micrometeorieten en interactie met zonnewind Io: heel dunne atmosfeer van voornamelijk SO2 t.g.v. vulkanisme en sublimatie Pluto, Triton: heel dunne atmosfeer t.g.v. sublimerend ijs en geisers (voornamelijk N2) 46

24 Oorsprong De atmosfeer van de reuzenplaneten is afkomstig uit hetzelfe gas waaruit de planeet zelf is gevormd Voornamelijk H2 en He De aard-achtige planeten zijn te licht om de overeenkomstige hoeveelheid waterstof + helium atmosfeer vast te houden Huidige atmosferen zijn afkomstig van uitgassing van vulkanen Met een mogelijke bijdrage van materiaal afkomstig van inslagen van kometen 47 Behoud Bij een gegeven temperatuur volgen de deeltjes een zg. Maxwell-verdeling met snelheden 2 ( m ) 3/2v fractie deeltjes met snelheid v: f(v) = 2 e mv2 2kT π kt (dit is de definitie van kinetische temperatuur!) In zo n verdeling zal altijd een kleine fractie van de deeltjes een snelheid groter dan de ontsnappingsnelheid hebben, v>vesc p(> v esc )= v esc 2 π ( m kt ) 3/2v 2 e mv2 2kT dv v esc = 2GM p R p Hangt af van de massa van de deeltjes Vandaar dat de aardachtige planeten hun H+He atmosfeer kwijt zijn. 48

25 Vertikale structuur Verwarming op h=0 door absorptie van zonlicht door het vaste oppervlak + een bijdrage van de interne warmte Ter vergelijking: bij reuzenplaneten domineert de interne warmte Verwarming in thermosfeer door dissociatie/ionisatie moleculen door ultraviolet zonlicht Venus aarde Mars thermosfeer mesosfeer stratosfeer troposfeer 49 Stratosfeer en O3 Extra term verwarming in aardatmosfeer ozon, O3 Chapman reactie-schema absorptie van UV door ozon verwarmt de stratosfeer uniek voor de aarde Koolfluorwaterstoffen werken als katalysator bij deze reactie. O2 + foton O+O O2 + O + M O3 O3+ foton O2+O O3+ O 2O2 Vorming O3 Afbraak O3 50

26 Broeikas effect (1) Vergelijk de verwachte evenwichtstemperaturen ( L 1 A ) 1/4 T e = T eff = a 2 16πσ Venus aarde Mars A=0.65 A=0.37 A= K 250 K 218 K met de waargenomen oppervlaktetemperaturen Venus aarde Mars 733 K 288 K 215 K (Transport van) interne warmte onvoldoende om verschil te verklaren Broeikas effect! 51 Broeikas effect (2) CO2 en H2O hebben sterke absorptie op golflengtes tussen 5 en 50 µm Blackbody met een effectieve temperatuur van 288 K heeft een piek bij λmax=2900 µm/t=10 µm (wet van Wien) oppervlak en lage atmosfeer kunnen niet goed afkoelen. 52

27 Waarom zijn aarde, Venus, en Mars zo verschillend? Aarde Kleine hoeveelheden CO2 en H2O in atmosfeer Meeste water in oceanen Meeste CO2 opgeslagen in kalksteen als CaCO3 of CaMg(CO3)2 Venus Net te warm voor oceanen: nooit H2O gehad, of H2O bleef in atmosfeer en ontsnapte vervolgens of dissocieerde CO2 blijft in atmosfeer runaway broeikas effect Mars Veel kleinere massa Meeste van de atmosfeer (en vroegere oceanen!) ontsnapt Nagenoeg geen broeikaseffect over 53 Bewegingen in de atmosfeer (1) Verticale convectie in de atmosfeer en warmtetransport van de evenaar naar de polen zorgen geven samen aanleiding tot zg. Hadley cellen ~3 per halfrond op aarde De Coriolis kracht geeft de Hadley cellen een spiraalvorm jet stream 54

28 Bewegingen in de atmosfeer (2) Venus: veel langzamere rotatie heel ander patroon, deels onverklaard Mars: vergelijkbaar partoon als aarde, maar dunnere atmosfeer zorgt voor een minder efficient warmtetransport van evenaar naar pool grotere temperatuursverschillen tussen dag & nacht (~50 K verschil) en tussen evenaar en pool (resp. 240 en 150 K = 90 K verschil) zonlicht Mars: poolkap van CO2 verdampt op halfrond waar het zomer is, en condenseert uit waar het winter is condensatie 55 Ionosfeer en magnetosfeer Wel magneetvelden: Mercurius, aarde, Io?, Europa, Callisto, Ganymedes Zwakke, fossiele magneetvelden: Mars, maan Geen magneetvelden: Venus Magnetosfeer aarde Van Allen gordels Aurorae zonnewind boegschok magnetopause Van Allen gordels Bovenste laag aardatmosfeer Ionen: ionosfeer Weerkaatst deel radiospectrum: korte golf radio zenders Storende invloed voor radiotelescopen 56

29 Aurorae 57 Samenvatting 58

30 Samenvatting Aardachtige planeten hebben een interne structuur bestaande uit een vaste binnenkern, een vloeibare buitenkern, een mantel waarin langzame stroming mogelijk is (asthenosfeer) en een rigide buitenlaag (lithosfeer), en uiteindelijk een vaste korst. Radioactief verval, vormingswarmte, en getijdenwerking kunnen belangrijke bronnen van interne warmte zijn. De aarde is uniek met een actieve platentektoniek en vulkanisme, maar ook andere aardachtige planeten vertonen (sporen van) vulkanische activiteit. Aardachtige planeten hebben over het algemeen een geoxideerde atmosfeer, waarin alleen de zwaardere moleculen vastgehouden kunnen blijven. Het broeikaseffect en de aan- of afwezigheid van een oceaan heeft een radicaal verschillende atmosfeer opgeleverd voor resp. Venus, aarde, en Mars. 59 Vragen Schets de interne structuur van de aarde, en vergelijk deze met die van Venus en Mars. Wat is/zijn de dominante bron(nen) van interne warmte voor de aarde? Ondanks het feit dat de oorspronkelijke atmosferische samenstelling en de massa van de aarde en Venus vergelijkbaar zijn, is de atmosfeer van Venus veel dichter en het broeikaseffect veel sterker. Verklaar. Welke atmosferische laag is uniek voor de aarde? Leg uit. Vergelijk het vulkanisme op aarde met dat op de maan Io. Bespreek hierbij de bron van de interne warmte en de verdeling van de vulkanen over het oppervlak. Vergelijk de dichtheid en interne structuur van de aarde en de maan. Wat is de mogelijke verklaring voor de verschillen en de overeenkomsten? 60

31 Volgende week (maandag 31 maart): 7. Vorming van planetenstelsels Vanmiddag, 15:45-17:30 Werkcollege in de computerzalen 3 e +4 e verdieping Huygens 61