Basis Cursus Sterrenkunde hoofdstuk 3 De planeten
Nog even Kepler Eerste wet van Kepler: De planeten bewegen zich in ellipsbanen, met de zon in een van de brandpunten van de ellips. Tweede wet van Kepler (wet der perken): De voerstraal van de zon naar een planeet bestrijkt in gelijke tijden gelijke oppervlaktes Derde wet van Kepler (harmonische wet): Voor de halve lange assen van de ellipsbanen van de planeten en hun omloopperiodes P geldt : P 2 /a 3 =constant
Newton De kracht die twee puntmassa's m en M op elkaar uitoefenen is evenredig met beide massa's en omgekeerd evenredig met hun onderlinge afstand in het kwadraat F=GmM/r 2 G= gravivatieconstante m=massa planeet M=massa Zon F=Zwaartekracht van de Zon op de planeet r =afstand Zon - Planeet
Kepler en Newton De centripetale kracht is in evenwicht met de Zwaartekracht dus: mv 2 /r=gmm/r 2 En dus: v 2 =GM/r De Baansnelheid is natuurlijk gelijk aan de omtrek van de baan gedeeld door de omlooptijd (baanperiode P) dus v=2πr/p v 2 =4π 2 r 2 /P 2 =GM/r met wat schuiven krijgen we dan: 4π 2 /GM=P 2 /r 3
De Planeten We maken onderscheid tussen de Aardse planeten en de Gasreuzen. Alle planeten hebben globaal eenzelfde soort steen-ijzerkern De vijf aardachtige objecten in het binnenste deel van het zonnestelsel zijn opgebouwd uit de zwaarste materialen die in het jonge zonnestelsel rond de zon draaiden: metaal en steen
De Planeten Bij de vorming konden de gasplaneten (die in hun prille stadium net zoals de aardse planeten waren) door hun zwaartekracht de gassen uit de protoplanetaire nevel aantrekken en vasthouden. De aardachtige planeten konden dat niet, omdat er op hun plaats in het zonnestelsel minder gas was overgebleven. Ongeveer 1 miljoen jaar na het ontstaan van de accretieschijf verdreef de zonnewind het overblijvende gas uit het zonnestelsel.
De Aardse Planeten de structuur van deze planeten: een metalen kern met een stenen mantel. de korst, het eigenlijke oppervlak, steen en metaal van de planeet, door middel van vulkanisme aan de oppervlakte gebracht, gassen ontsnapt uit
Mercurius Mercurius heeft een opvallend grote metaalkern. (1800km) Daardoor heeft ze ook een grote (5,4 g/cm 3 ) massadichtheid, en dus een grotere zwaartekracht dan men op basis van de grootte zou verwachten. Ook heeft Mercurius hierdoor een relatief sterk magnetisch veld. Temperatuur zonkant 600 K, schaduwkant 90 K
Mercurius Oud oppervlak Asrotatie 59 dagen Jaar 89 dagen Etmaal 3x59=2x89 dagen
Venus Venus en de Aarde hebben een kern die ongeveer de helft van hun diameter bedraagt. Ook in andere opzichten lijken de twee planeten geologisch gesproken op elkaar: ze hebben allebei vulkanisme, wat wijst op een vloeibare mantel.
Venus Druk oppervlak 90 atm relatief jong 96% CO 2 Dus Broeikaseffect T=700K Wolken van zwavelzuur windsnelheid 350km/u (aan oppervlak lager) Asrotatie 243 dagen retrograad! Geen ashoek dus geen seizoenen Jaar 224 dagen Etmaal..
Aarde 34,6% IJzer 29,5% Zuurstof 15,2% Silicium 12,7% Magnesium 2,4% Nikkel 1,9% Sulfide 0,05% Titaan Atmosfeer 77% stikstof 21% zuurstof Grootste dichtheid Platentectoniek Labiel broeikasevenwicht
Oppervlak 270 K 0-40 Korst Aarde 10-400 Boven mantel 400-650 Overgangszone 650-2700 Onder mantel 2700-2890 D'' laag (wordt soms ingedeeld bij de onderste mantel) 2890-5150 Buiten kern 5150-6378 Binnen kern 7500 K
Aarde 30% land 70% water (hoog albedo) Jong oppervlak 12756 km diameter iets afgeplat Asrotatie 1 dag Jaar 365 dagen Tweelichamenstelsel met..
De Maan Aarde-Maan stelsel draait om zwaarte punt 700km beneden oppervlak Aarde Zeer oud oppervlak Geen atmosfeer Gebonden rotatie 27,3 dagen Diameter 3476 km Temperatuur 100 K tot 400 K
Aarde-Maan Getijden, een kwestie van aantrekkingskracht en centrifugaalkracht
Aarde-Maan
Manen in het zonnestelsel
Mars Schiaparelli Lowell Canali, Gezichtsbedrog, maar wel veel diepe lange ravijnen 6km diep en 4000km lang en zeer grote vulkanen 25km hoog
Mars Diameter 6794 km Atmosfeer 95% CO 2 stikstof en argon en 0,15% zuurstof Druk 7 millibar Temperatuur 130 C tot +30 C Asrotatie 24h37m Jaar 687 dagen Ashoek 25 graden (dus seizoenen)
Mars Oud oppervlak zie stroompatronen en kraters Dichtheid 3,9 g/cm 3 GEEN water, wel ingesloten, oxyden
Mars manen Phobos en Deimos, ingevangen planetoiden Phobos 27 x 21 km circuleert naar binnen en valt in 40 miljoen jaar op oppervlak Mars Rotatie rondom Mars 0,3 dagen Deimos 15 x 12 km rotatie 1,26 marsdagen
De Gas Planeten De Gasreuzen hebben allemaal een kleine kern van steen (max 1 tot 15 x massa Aarde), daaromheen een laag ijs, en een mantel van waterstof. De diameter wordt gemeten op het 1 atmosfeer punt (dus in de atmosfeer)
De Gasplaneten De grote massa van Jupiter en Saturnus zorgt voor een enorme druk in de planeet. Door die druk worden de elektronen losgerukt van de individuele waterstofkernen, en ontstaat een gemeenschappelijke elektronenzee. De waterstof wordt daardoor geleidend, en gaat zich als een vloeibaar metaal gedragen
De Gasplaneten De waterstof wordt daardoor geleidend, en gaat zich als een vloeibaar metaal gedragen. Die metallische waterstof (in de diepe lagen van de schil) is ook verantwoordelijk voor de sterke magnetische velden van Jupiter en Saturnus
De Gasplaneten Uit spectraalanalyse weten we uit welke elementen de atmosferen van de reuzenplaneten bestaan. Bij Jupiter en Saturnus is dat een mix van ammoniak (NH 3 ), ammoniakhydrosulfide (NH 4 SH) en water (H 2 O)
De IJsplaneten Uranus en Neptunus hebben veel minder waterstof, en deze bevindt zich vooral in de buitenste lagen van de planeet. Daardoor hebben deze twee planeten een veel minder sterk magnetisch veld
De IJsplaneten Uranus en Neptunus hebben een mantel bestaande uit bevroren water (H 2 O), methaan (CH 4 ) en ammoniak (NH 3 ). Ze worden ook wel de IJsplaneten genoemd
De IJsplaneten Uranus en Neptunus hebben een atmosfeer van voornamelijk methaan (CH 4 )
Jupiter Diameter 12x Aarde Massa 318x Aarde Asrotatie 9h 50m Jaar 11,86 jaar T inw 30.000 K T wolkentoppen 125 K tot 160 K
Jupiter Oosten en westenwind tot 500 km/h Stormen en anticyclonen 40.000 x 14.000 km (rode vlek, rotatie 6 dagen) Verkleuringen in atmosfeer door methaan, water, ammoniak en waterstofsulfide Magnetisch veld 20.000 x Aarde Atmosfeer is 1000 km dik (Aarde 80 km)
Jupiter manen Omlooptijden respectievelijk 1, 3, 7 en 16 dagen Totaal >20 manen (4 grote en de rest heel klein)
IO Getijdenkracht Jupiter trekt oppervlak 100m omhoog (aarde 30cm voor water max 18m) Vulkanisme lavameren van zwavel Koppeling met electromagnetische ontladingen van 3 miljoen Ampere
IO Lavameren Lavastromen
Europa Dikke Ijslaag (50km) Oceanen van water Biljardbal Zeer Jong oppervlak
Ganymedes 3,5 miljard jaar oud oppervlak IJsoppervlak
Callisto 4 miljard jaar oud oppervlak IJs stof oppervlak Klein reliëf
Saturnus Diameter 10x Aarde Massa 95x Aarde Asrotatie 10,39 uur Jaar 29,46 Aardjaar >30 manen, 18 m naam Dichtheid 0,6 g/cm 3!! 125 K tot 160 K Ashelling 27
Saturnus Stormen 1000 km/h ammoniak (NH 3 ), ammoniakhydrosulfide (NH 4 SH) en water (H 2 O). Ringen Grammofoonplaat van 3km diameter Kerntemperatuur 12000 K
F ring Encke Scheiding A ring Cassini scheiding B ring C ring D ring Saturnus
Saturnus
Saturnus manen Titan En de kleine ijsmaantjes Mimas, Enceladus, Thetys, Dione, Rhea en Japetus. Vele minimaantjes Omlooptijden respectievelijk 15 0,9 1,4 1,9 2,7 4,5 en 79 dagen
Methaan Atmosfeer -180 C Cassini 2004 Waterijs in Ethaanzee Gebonden Rotatie D 5150 km Titan
Saturnus manen Mimas Enceladus Thetys
Saturnus manen Japetus Voorruit en achterruit, één kant zeer donker, de andere zeer licht
Diameter 4x Aarde Massa 14x Aarde Asrotatie 17h 14m Jaar 84 aardjaar Rotatieas 97.9 Uranus
Uranus magnetisch
Uranus manen Miranda
Diameter 4x Aarde Massa 17x Aarde Neptunus Asrotatie 16h 06m Jaar 164,8 aardjaar Rotatieas 27.9 T 193 153 C
Cryovulkanisme Het vulkanisch materiaal is waarschijnlijk vloeibare stikstof (N 2 ) of methaan (CH 4 ) Diameter 2705 km Albedo 72% Triton Verder oppervlak CO, CO 2 en H 2 O Atmosfeer, cyanide (HCN) en ethaan (C 2 H 6 ) En andere organische verbindingen
Pluto Diameter 1/6 Aarde Massa 0,002x Aarde Asrotatie 6d 09h 17m Jaar 248 aardjaar Rotatieas 119
Pluto Pluto en Charon dubbelplaneet met gebonden rotatie (6,39 dagen) Kuiper objecten Steen en ijs klompen Bevatten CH 4 N 2 CO en CO 2