Složení Slunce a sluneční soustavy

Transkript

1 Prosinec 2010

2 Obrázek: Jeden ze 4 meteoritů Složení SluncePříbram. a sluneční soustavy Meteorit Příbram, 7. dubna 1959 V Ondřejově a Prčicích byly umístěny 2 fotokomory určené ke snímkování noční oblohy a soustavné registraci meteorů. r.1959 vůbec první fotografická registrace pádu meteoritu na světě. Následněvypočtenaceládráhabolidu,jehorychlost, trajektorie jednotlivých úlomků a určena trajektorie dopadu. Nejdůležitějšíbylostanovenídráhyarychlostimeteorituvnaší sluneční soustavě(před vstupem do atmosféry Země). Bylozjištěno,žemeteoritpocházízhlavníhopásuasteroidů mezi Marsem a Jupiterem. Hmotnostpůvodníhotělesabyla1tuna. Jednotlivé úlomky meteoritu byly také nalezeny, celkem 5,825 kg.

3 Meteorit Příbram, 7. dubna 1959 Zdeněk Ceplecha vzpomínky na meteorit Příbram Vrátiljsemsezobservatořeužposetměnídomů,sedljsemsiktehdy samozřejmě černobílé televizi a najednou jsem uviděl na rámu okna pohybující se světlo. A stín, který vrhal parapet se choval nějak divně, ne jakoodauta.kromětohotehdyautjezdilotakmálo,žeiautobybylo pozoruhodné.zaznamenaljsemsičas-tojetoprvní,cočlověkmusí udělat.pakjsemvykouklzokna,aletamužjsemnicneviděl,alečekal jsemačekal...apakjsemuslyšelzahřmění. Vtuchvílijsemvěděl,žebytomohlobýtněcozvláštního,žebytomohl být nějaký velký meteor. Takže jsem stáhl signál na televizoru a nastavil jas obrazovky zhruba tak, jak jsem si pamatoval osvětlení té stěny. Protože tehdy byly k fotoaparátům ještě nutné expozimetry, tak jsem pomocí něho změřil jas obrazovky na 100 luxů. Pak jsme pomocí jiných metododvodili,žetobylotéměřpřesné.nanebisetedymeteorpříbram jevil jako objekt o hvězdné velikosti-19 magnitud, což je něco mezi Měsícem v úplňku a Sluncem.(Zdroj:

4 Vznik sluneční soustavy Před 4,56 miliardami let se začala hroutit část molekulového oblakuohmotnostilehcevětšínežm. 93,45%vodík,6,42%helium,ostatníprvky(O,C,N,Ne,Mg, Si,Fe,S)

5 Vznik sluneční soustavy Před 4,56 miliardami let se začala hroutit část molekulového oblakuohmotnostilehcevětšínežm. 93,45%vodík,6,42%helium,ostatníprvky(O,C,N,Ne,Mg, Si,Fe,S) Centrální část oblaku se začala díky svojí gravitaci smršťovat a následně zahřívat vytvoření disku o průměru 100 AU. Rostla teplota i hustota disku mohly začít probíhat termonukleární reakce a Slunce mohlo vysílat záření do prostoru. Teplota ve středových částech dosahovala 2000 K(vypaření prachu) a směrem ke krajům klesala.

6 Vznik sluneční soustavy Opětná kondenzace důsledek chladnutí zárodečné mlhoviny Vevnitřníchčástechsetvořilyhlavnězrnkaprachuobsahující: atomyamolekulyfe,si,al,mg Ledyatěkavélátkysevyskytujíažvevětšíchvzdálenostech. Částtohotomateriálupostupnědalavzniknoutmalým shlukům hmoty a následnými srážkami tzv.planetesimálám (Zárodky budoucích planet). Tatotělesamuselaprojítdalšímiprocesyakumulacehmoty, interakcemi s ostaními tělesy a gravitačním ovlivňováním, aby mohly vzniknout měsíce, planety, asteroidy a komety.

7 Vznik sluneční soustavy 5AUodprotoslunce zasněhovoučárousemohlavoda vyskytovat v pevném skupenství. 30AU metanvledovépodobě(dráhaneptunu). Těkavélátky látkykterétajínebosublimujípřinižšíteplotě. Příkladem jsou lehké plyny(vodík, helium). Tělesa ve vnitřní části sluneční soustavy mají proto málo těkavých látek ve srovnání s tělesy vzdálenými od Slunce. Obrázek:Polohasněhovéčáry 5AUodSlunce.

8 Vznik planet- obři Velké planety vznikaly z planetesimál s obsahem ledů chladnější a větší, mohly zachytit daleko větší množství plynů prvotní atmosféry. Jupiterseformovalnejrychleji mělkolemsebeledovéi kamennémateriály.jehojádrodosáhlohmotnosti10-15m.v této fázi začal Jup. nabalovat plyn z blízkého okolí(hlavně H, He) Vlastní mlhovina s akrečním diskem vznikly Galileovské měsíce. Celýprocestrval10 6 letaskončilvyčerpánímplynuvoblasti. Saturn, Uran, Neptun Ačkoliv jejich planetesimály dosáhly taktéž hmotnosti 10-15M,nacházelyseponěkuddálevmlhoviněkdebyla nižší hustota tím pádem nestihly pobrat tolik materiálu jako Jupiter.

9 Vznik planet terestrické planety Velké teploty těkavé látky nemohly zkondenzovat. Jak se mlhovina ochlazovala mohly kondenzovat první žáruvzdorné látky CAI, dále křemičitany atd. Jakmile planetesimály dosáhly dostatečné velikosti začalo být generováno vnitřní teplo díky rozpadajícím se radioaktivním izotopům dochází tak k chemické diferenciaci planet tocovidímednes. Méně hmotné planety prvotní atmosféry se skládaly z lehčích prvků. Mladé Slunce mělo silný sluneční vítr sfouknutí prvotních atmosfér terestrických planet.

10 Planety sluneční soustavy Terestrické planety planety zemského typu(merkur, Venuše, Země, Mars) malé, kamenné. Velké planety plynní obři(jupiter, Saturn)& ledoví obři (Uran, Neptun). Měsícevelkýchplanet odjupiterakneptunujepatrný postupný přechod od kamenných měsícu k ledovým tělesům (vodníledpakpřecházívledmetanuadusíku). Obrázek: Srovnání rozměrů ve sluneční soustavě.

11 Planety sluneční soustavy Charakteristiky Terestrické pl. Obři Složení Kamenné Plyn/led/kámen Střední vzdálenost(au) 0,39 1,52 5,2 30,0 Stř. povrchová teplota(k) Hmotnost(M ) 0,055 1,0 14,5 318 Rovníkovýpoloměr(R ) 0,38 1,0 3,88 11,2 Středníhustota(kg m 3 ) Siderickárotačníperioda 23,9h 243d 9,9h 17,2h Měsíce Prstence ne ano

12 Merkur Planeta nejblíže Slunci. r.1974, 75 Mariner 10, povrch podobný Měsíci.

13 Merkur Velkáhustotaplanety5427kg m 3 -vporovnánísostatními terestrickýmiplanetami(měsíc:3357kg m 3 ) Velkékovovéjádroaslabávrstvakůry důsledeksrážkys větším tělesem. Merkur nemá téměř žádnou atmosféru(nízká gravitace, dopadající sluneční záření). AtomyHe,O,K,Nasedoatmosféryuvolňujízregolitu bombardováním mikrometeority nebo také dopadajícími nabitými částicemi ze Slunce. Regolitjevrstvaprachu,úlomkůhornin,meteoritůameteorit. prachu pokrývající povrch Měsíce, měsíců a některých planet.

14 Venuše pozorování povrchu pomocí radaru- projde hustou atmosférou (viditelné a UV záření neprojde). Venuše 96,5%CO 2 (=absorbujeirzáření),3,5% molekulárnídusíkn 2,stopyostatníchmolekul argon,so 2, CO,H 2 O,mrakykyselinysírové objevenoamerickýmia sovětskými sondami Sondy Veněra léta, Pioneer, Magellan, Arecibo (pozemní pozorování).

15 Země VprůběhuvývojenašíplanetyseCO 2 rozpustilvevodě,kde se později stal součástí uhlíkatých hornin(vápenec). Dnešnísloženíatmosféry 78%N 2,21%O 2,1%H 2 Oastopy Ar,CO 2 aostatní.

16 Země VprůběhuvývojenašíplanetyseCO 2 rozpustilvevodě,kde se později stal součástí uhlíkatých hornin(vápenec). Dnešnísloženíatmosféry 78%N 2,21%O 2,1%H 2 Oastopy Ar,CO 2 aostatní. Pevné vnitřní jádro, roztavené vnější jádro(železo, nikl), silný plášť Obrázek: Stavba Země.

17 Měsíc MiseApollo léta 382kgregolituapovrchových hornin. Mořejsoutvořenybazalty bohaténaželezo,hořčíkasklovité struktury(pozůstatky rychlého tuhnutí). Neobsahujívoduamaléprocentotěkavýchlátek narozdílod pozemských bazaltů. Nejdůležitější výsledek zjištění stáří hornin z Měsíce pomocí radioaktivního datování. Stáříhorninzmoří 3, let,zvyššíchpoloh 4, let.

18 Měsíc MiseApollo léta 382kgregolituapovrchových hornin. Mořejsoutvořenybazalty bohaténaželezo,hořčíkasklovité struktury(pozůstatky rychlého tuhnutí). Neobsahujívoduamaléprocentotěkavýchlátek narozdílod pozemských bazaltů. Nejdůležitější výsledek zjištění stáří hornin z Měsíce pomocí radioaktivního datování. Stáříhorninzmoří 3, let,zvyššíchpoloh 4, let. NejstaršíhorninynaZemijsoustaré3, let,ale90% povrchu tvoří horniny staré 600 mil. let.

19 Mars Desetina hmotnosti Země. CO 2 vzimězamrzádopolárníchčepiček,zatímcovlétětaje. Voda je zachycena ve vrstvě permafrostu nebo zamrzlá v polárních čepičkách. Tenkáatmosférajesloženaz95%CO 2,2,7%N 2,Ar,O 2,CO. Dřívebylaatm.Marsuhustší skleníkovýefektbylúčinější v atm.senacházelavoda,kteráabsorbovalavelkoučástco 2 a následně navázala do uhlíkatých hornin. DůsledkemkleslahodnotaCO2 vatmosféře zeslabilse skleníkový efekt klesla teplota voda zmrzla. Prachnapovrchu velkýobsahželeza

20 Asteroidy hlavní pás r.2000 sonda NEAR Shoemaker doletěla k asteroidu Eros přistála na něm zjistila složení povrchu. K,Th,U,Fe,O,Si&Mg jaksepředpokládaloutakto primitivního tělesa(složení shodné s chondrity).

21 Klasifikace asterodidů TypS Šestinavšechznámýchasteroidů,vnitřníčástpásu2 3,5AU. Povrchjetvořensměsíželeznýchahořečnatýchkřemičitanů, spolu s kovovým železem a niklem. Malémnožstvíprchavýchlátek;načervenalátělesa.Gaspra, Ida, Eros. TypM Asteroidybohaténaželezoanikl VestejnéčástijakotypS. Obrázek: Ida a měsíček Dactyl.

22 Klasifikace asterodidů TypC 3/4všechasteroidů,vzálenost3AU,bohaténauhlíkaté sloučeniny. 2/3těchtoasteroidůobsahujítakétěkavélátky hlavněvodu. Matilda. Obrázek: Asteroid Mathilde při průletu sondy NEAR-Shoemaker. TypP&D Vnějšíčástpásuasteroidů,prastarésložení podobnéjaku komet, Trojáni, Jupiterovy menší měsíčky.

23 Asteroidy obecně Se vzdáleností od Slunce existuje obecný trend ve složení. Rozdíly mezi asteroidy s vzrůstající vzdáleností od Slunce jsou důsledek kondenzačního procesu v sluneční mlhovině. Blíže ke Slunci(vnitřní okraj pásu) kde byla teplota větší zkondenzovalo více žáruvzdorných látek(křemičitany), zatímco prchavé látky zde nenajdeme. Prchavé látky nacházíme spíše ve větších vzdálenostech od Slunce. Typ C(střed pásu) obsahuje pravděpodobně vodu. TypyPaDobsahujívodníled,stejnějakovětšínměsícůve vnější části sluneční soustavy.

24 Hayabusa JaponskásondaurčenákodběruvzorkůzplanetkyItokawaa jejich dopravy na Zem. Problémy odložený start, nepovedený odběr vzorků, únik paliva.

25 Hayabusa JaponskásondaurčenákodběruvzorkůzplanetkyItokawaa jejich dopravy na Zem. Problémy odložený start, nepovedený odběr vzorků, únik paliva. Červen2010 Úspěšnýnávratkapslesevzorky 16. Listopadu 2010 potvrzení, že vzorky pochází z asteroidu Itokawa. Obrázek: Asteroid Itokawa.

26 Jádra velkých planet Horniny = hořčík, křemík, železo

27 Jádra velkých planet Horniny = hořčík, křemík, železo Jupiter& Saturn Kamenito/ledovéjádroohmotnosti10M (Jupiter),Saturn- 15M. 3a16%celkovéhmotnostiplanet Uvnitř těchto planet dochází k přeměně vodíku na tekutý kovovývodík velkétlaky elektronyvatomuvodíkujsou sdíleny mezi jádry. Uran& Neptun Jádromá13M,tvoříjez25%horniny,60-70%ledya5-15% plynný vodík a helium

28 Jádra velkých planet

29 Svrchní atmosféra velkých planet Jupiter oblaka jsou tvořeny třemi vrstvami v nejsvrchnější je amoniak, v prostřední je hydrosulfid amonný(nh4)sh a v té poslední je voda. UranaNeptun oblakaamoniakuasírysenacházíhlubokov atmosféře. Modré vlnové délky jsou způsobeny rozptylem na molekulách a navíc metan v atmosféře pohlcuje červené světlo. Figure: Složení atmosfér velkých planet. Hodnoty udávají poměrný počet hustoty částic.

30 Galileovské měsíce Tyto čtyři měsíce vznikaly společně s Jupiterem. S narůstající vzdáleností od Jupitera klesá průměrná hustota měsíců narůstá relativní množství vrstvy vodního ledu vzhledem ke kamenému jádru. Io podledatzgalileamáiojádrobohaténaželezo,tekutý křemičitanový plášť a slabou křemičitanovou kůru. VulkanizmusnaIo síraaoxidsiřičitý nažloutlézbarvení povrchu. Europa sondagalileo železnéjádro,křemičitanovýplášť, možný podpovrchový oceán a tenká ledová kůra(150 km). Vatmosféřeobjevenymolekulykyslíkuaatomovývodík(HST, Galileo, Cassini). Ganymed jádrobohaténaželezo,křemičitanovýspodní plášť, ledový svrchní plášť a ledová kůra největší měsíc ve Sluneční soustavě. Callisto středjeledovo-kamenný,kůrajeledová.

31 Galileovské měsíce Figure: Io, Europa, Ganymed, Callisto.

32 Titan měsíc Saturnu Vr.2004dorazilakTitanusondaCassini,odníseodpoutal modul Huygens, který sestoupil až na povrch měsíce. AtmosféraTitanuseskládáz90%zN 2,metanuCH 4 a argonu Ar. Napovrchujeteplota93Katlak1,5atmosféry metan může v takových podmínkách kapalnět a znovu se vypařovat. Figure: Povrch Titanu ze sondy Huygens.

33 Prstence Jupiter Tvořenypřevážněprachem,materiáldoplňovánproduktyze srážek mikrometeoritů a malých měsíčků Saturnovy prstence Většinačásticmározměryodněkolikacentimetrůdoněkolika metrů Tvořenyvodnímledemaprachem UranaNeptun Tvořenypřevážněprachem Figure: Prstence planety Saturn sonda Cassini-Huygens.

34 Pluto a Charon Pluto se nejvíce podobá měsíci Tritonu. Ledovokamenná tělesa. AtmosféraPluta téměřzceléčástitvořenan 2,následněpak CH 4 aco. Nenípermanentní záležínavzdálenostiodslunce,ledyna povrchu sublimují a opět zamrzají. Vr.2006bylavypuštěnasondaNewHorizons,kterásemáv r.2015 dostat k Plutu.

35 Komety Komety vznikaly současně se zárodky planet.

36 Komety Komety vznikaly současně se zárodky planet. Látka, která vznikla na začátku formování sluneční soustavy, neprodělaly opakované tavení atd. Složení komet Sněhovékoulesprachem. Modrábarvaiontovéhoohonujezpůsobenaabsorpcía opětnýmvyzářenímslunečníchfotonů(420nm)naiontuco +. Vkometáchbyloobjevenovelkémnožstvíiontů,atomůa molekul. atomy molekuly ionty H CH H + C C 2 C + O CN Ca + Na CO CH + Mg CS CN + Al NH CO +

37 Komety r.2004 sonda Stardust proletěla ve vzálenosti 250 km od komety Wild 2 a zároveň zachytila prach z komety, který posléze dopravila na Zem. r.2005sondadeepimpact zesondyvyslánprojektilna kometu Tempel 1 uvolnění velkého množství materiálu z komety. Zjištěnapřítomnost:vody,CO2,HCN(kyselina kyanovodíková),c 2 H 3 N(Acetonitril),PAH(Polycyklické aromatické uhlovodíky), olivín atd. Sondapakještěfungovala průletkolemkomety 103P/Hartley 2(5.setkání s kometou)

38 Meteority dělení podle složení Kamenné chondrity Tvoří většinu známých meteoritů. Mají zrnitou strukturu a obsahují téměř vždy podíl niklového železa. Obsahují chondry Chondryjsoukulovitázrníčka(do5mm)složenáhlavněz SiO 2,MgOaFeO.Vzniklyrychlýmochlazenímroztavených minerálů. Figure: Rub al-khali, Nigerie.

39 Meteority dělení podle složení Uhlíkaté chondrity obsahují větší počet organických sloučenin(allende). CAI(=Calciumandaluminiumrichinclusions)malémnožství materiálu od mikroskopických velikostí do 10cm v průměru. Relativně nadbytečné množství vápníku, hliníku a Titanu (vzhledem ke zbytku meteoritu) Prvnílátky,kterékondenzovalyvzárodečnémlhovině Figure: Meteorit Allende.

40 Meteority dělení podle složení Železokamenné Část tvoří křemičitany(hlavně olivín), část niklové železo Železné Tvořené téměř výlučně niklovým železem Jejich struktura se zkoumá na naleštěných a naleptaných plochách. Kamenné meteority tvoří 96% všech meteoritů, které zasáhnou Zemi, železné 3% a železokamenné 1%. Figure: Železný meteorit Omon Gobi.

41 Marťanský meteorit ALH84001 r.1984 nalezen v Antarktidě(Allan Hills) Nejstaší nalezený meteorit pocházející z Marsu Vymrštěnpřed16mil.letzpovrchuMarsu,dopadlpřed 13000letynapovrchZemě. Výzkum uhlíkových zrnek(200 µm) odhalil struktury nanofosilie kterébymohlybýtdůkazempravěkého mikrobakteriálního života na Marsu. Přítomnost PAH (polycyklických aromatických uhlovodíků), kyslíku a sulfidů.

42 Marťanský meteorit ALH84001 r.1984 nalezen v Antarktidě(Allan Hills) Nejstaší nalezený meteorit pocházející z Marsu Vymrštěnpřed16mil.letzpovrchuMarsu,dopadlpřed 13000letynapovrchZemě. Výzkum uhlíkových zrnek(200 µm) odhalil struktury nanofosilie kterébymohlybýtdůkazempravěkého mikrobakteriálního života na Marsu. Přítomnost PAH (polycyklických aromatických uhlovodíků), kyslíku a sulfidů. Dá se vysvětlit anorganickými procesy nebo kontaminací na Zemi.

43 Meteorit Košice nejnovější Slovensko-Česko-Maďarský meteorit Nejnovější meteorit s historií Únor 2010 pád meteoritu zaznamenán průmyslovými kamerami z Maďarska. AÚČAV doc.borovička,doc.spurnýaspol. výpočet dráhy a předpokládaného dopadu meteoritu. Březen2010 pátracíakcevokolíkošic,cca40lidí. Nálezvícenež70úlomkůmeteoritu.Největší 2,1kg.

44 Sbírky meteoritů Sbírka meteoritů Národního muzea v Praze(K.Vrba). NacházísezdevětšinameteoritůnalezenýchnaúzemíČeské republiky. NěkterénálezyzdobyRakouska-Uherskasenacházívmuzeu vevídniavbudapešti. Přírodovědné muzeum ve Vídni. Figure: Expozice meteoritů ve Vídeňském muzeu.