1. No category

9/27/15 AST1010 – En kosmisk reise Forelesning 12: Dannelsen av solsystemet Innhold • 
• 
• 
• 
Planetene i grove trekk Krav Dl en teori for solsystemets dannelse Kollapsteorien LiH om eksoplaneter Solsystemet: Varierende relaDve mengder av metaller og silikater forhold Dl mengdene av gass og is Jordlignende planeter:
metall og stein
Gasskjemper:
H, He
Iskjemper: Kuiperbeltet:
is + gass
”bare” is
3 1 9/27/15 Grunnstoffene i sola: Mest hydrogen Merk at aksen for hyppighet er logaritmisk. ~ 90% hydrogen, ~ 10% helium og ~ 0.1% andre stoffer. 4 MiddelteHheter og grunnstoffer 5 Det indre av steinplanetene AST1010 -­‐ Planetsystemet 6 2 9/27/15 Det indre av gassplanetene AST1010 -­‐ Planetsystemet 7 Solsystemets dannelse •  Fra kollaps av en gasståke som fantes før planetsystemet og sola ble dannet – Kant (1755) og Laplace (1796). •  En moderne kollapssteori. •  U^ordringer fra observasjoner av planeter rundt andre stjerner (eksoplaneter). 8 Dannelsen av planetsystemet -­‐ observasjoner som må forklares •  Store gass-­‐ og isplaneter yHerst, mindre stein-­‐ og metallplaneter innerst. •  Områder med mindre legemer: asteroidebeltet, Kuiperbeltet og Oortskyen. •  Planetbanene er nesten sirkulære, ligger i nesten samme plan, og planetene går rundt solen i samme retning. •  Solen og de fleste planetene roterer i samme retning. 9 3 9/27/15 Flere observasjonelle krav •  Planetene har 99% av spinnet mens sola har 99% av massen. •  SystemaDske forskjeller i kjemisk sammensetning mellom planetene gir en mindre andel av leHe grunnstoffer i den indre del av solsystemet. 10 Kollapsmodellen 11 Påminnelse: Spinnbevaring AST1010 – 12 4 9/27/15 Fordeling av spinn i solsystemet 13 En moderne teori for dannelsen •  Supernovaeksplosjon  Fortetning  Gravitasjonskollaps + Dlførsel av grunnstoffer tyngre enn hydrogen. •  Anriker gassen – sola kan være en 3dje generasjons stjerne. •  En opprinnelig rotasjon av skya for å få dannet en planetskive. 14 Hvor kommer spinnet fra? Turbulens i den interstellare skyen som er opphav Dl dannelsen. Kollisjon mellom interstellare Skyer -­‐ gravitasjon lager rotasjon av begge skyene. 15 5 9/27/15 En moderne teori for dannelsen •  Supernovaeksplosjon  Fortetning  Gravitasjonskollaps + Dlførsel av grunnstoffer tyngre enn hydrogen. •  Anriker gassen – sola kan være en 3dje generasjons stjerne. •  En opprinnelig rotasjon av skyen for å få dannet en planetskive. •  Overføring av spinn fra proto-­‐sola Dl ytre deler av skiven. 16 Om bevegelse i et magne^elt Kraften F = qv × B er alltid vinkelrett på magnefeltet B ¨
og hastigheten v til partiklen med ladning q.
Den kan derfor bare endre hastighetens retning,
ikke dens størrelse. Resultatet blir en sirkelbane
med radius bestemt av Newtons 2. lov :
F = ma
qvB = m
r=
v2
r
mv
qB
€
AST1010 -­‐ Planetsystemet 18 6 9/27/15 Tre prosesser som bidrar i planetdannelsen •  Kondensering av gassen. •  Oppsamling (engelsk: accreDon) av små parDkler. •  Gravitasjonskollaps 19 Kondensering ”U^rysing” i planetskiva AST1010 -­‐ Planetsystemet 21 7 9/27/15 Kondensasjon og u^rysing •  Kondensering fra gassform Dl væske eller fast form – hierarki av legemer bygges opp. •  Indre solsystem – bare tungt fordampelige grunnstoffer kondenserer; andre stoffer blåses av solvind ut i ytre del av skiven. •  Ytre solsystem – leH fordampelige stoffer kondenseres; danner tunge is-­‐ og stein-­‐ kjerner i ytre planeter. 22 Oppsamling – den første fase fra støvkorn 23 Oppsamling 24 8 9/27/15 Sluiasen i dannelsen av steinplaneter SIMULERING AV PLANETDANNELSEN: Hele solsystemet dannes på 440 millioner år. De indre planetene er dannet eHer ca 100 millioner år. 25 Dannelsen av en gasskjempe AST1010 -­‐ Planetsystemet 26 Vi har en konsistent teori … •  Teorien forklarer vesentlige trekk ved det observerte solsystemet: –  Hvorfor planetene alle ligger omtrent i samme plan og roterer samme vei rundt sola. –  Fordeling av rotasjonsmengde. –  Fordeling av leH og tungt fordampelige grunnstoffer. Men hva med planeter rundt andre stjerner? 27 9 9/27/15 Planeter rundt andre stjerner •  Påvisning av skiver av gass hvor planeter blir dannet •  Måter å påvise planeter rundt andre stjerner: a) Dopplerteknikk, b) egenbevegelsen, c) formørkelser d) mikrolinsing e) direkte observasjon •  Hva har vi funnet? Til nå 1789 planeter (30.09.2014) •  Mange ligner ikke vårt planetsystem! 28 Beta Pictoris – (proto)planetskive AST1010 -­‐ Planetsystemet 29 Fem måter å finne planeter på •  Dopplermetoden -­‐ fra variasjon av stjernens hasDghet langs synslinjen. •  Egenbevegelsen -­‐ fra variasjoner i stjernens posisjon. •  Formørkelser -­‐ intensitetsvariasjoner idet planeten passerer stjernen. •  ”Mikrolinsing” -­‐ lys fra en pern bakgrunn bøyes liH av idet det passerer en masse. •  Og … ved direkte observasjon av planeten. 30 10 9/27/15 Dopplermetoden Dopplermetoden 32 Observert Doppler-­‐bevegelse AST1010 -­‐ Planetsystemet 33 11 9/27/15 Egenbevegelsen avviker fra en reH linje => to legemer 34 Formørkelser Merk at planeten må gå i bane i et plan som ligger nær synslinja fra oss Dl stjerna. 35 12 9/27/15 37 ,001
,01
,1
1
10
100
1000
Semi-major
axis [AU]
AST1010 -­‐ Planetsystemet Masser og avstander for eksoplaneter 10
1
,1
,001
,01
Semi-major axis [AU]
100
1000
,001
,01
,1
1
10
100
1000
10000
Mass
[Earth]
,001
,01
,1
1
10
100 1000 10000
Mass [Earth]
Problemer med teorien? 39 13 9/27/15 Neste forelesning: Innledende om stjerner: Avstander, størrelsesklasser, Hertzsprung-­‐
Russell-­‐diagrammet. 14