Sluneční soustava. Drahoslava Rybová

Transkript

1 Sluneční soustava Drahoslava Rybová

2 Obsah 1 Úvod Historie Slunce Charakteristika Složení Rotace Mytologie Merkur Charakteristika Složení Základní údaje Venuše Charakteristika Povrch Základní údaje Země Charakteristika Základní údaje Mars Charakteristika Kůra Plášť Jádro Teplota Jupiter Charakteristika Složení Saturn Charakteristika Mytologie Uran Charakteristika Složení Základní údaje Neptun Charakteristika Mytologie Vesmírná tělesa

3 1 Úvod Systém tvoří především 8 planet, více než 3 trpasličí planety, přes 150 měsíců (především planet Jupiter, Saturn, Uran, Neptun) a další menší tělesa jako planetky, komety, meteroidy apod. Planety obíhají po eliptických drahách kolem Slunce, které je ve společném ohnisku oběžných elips. Měsíce obíhají kolem planet také po eliptických drahách. Sluneční soustava je součástí galaxie, známé také pod názvem Mléčná dráha. Ta je částí tzv. Supergalaxie, kam patří mj. i galaxie M 31 v Andromedě. Zhruba 99,866 % celkové hmotnosti sluneční soustavy tvoří samo Slunce, které svou gravitační silou udržuje soustavu pohromadě. Zbylých 0,133 % připadá na planety a jiná tělesa. Soustava se rozkládá do vzdálenosti přibližně 2 světelných let, pásmo komet do vzdálenosti přibližně AU, planetární soustava 50 AU. Soustava vznikla asi před 5 miliardami let (různé zdroje uvádějí rozmezí 4,55-5 miliard let). 2 Historie První, kdo se pokusil odpovědět na otázku, jak vypadá stavba sluneční soustavy, byla antická věda. S využitím pythagorijské školy (rozvíjela geometrii) mohla více či méně přesně popsat pozorovaný stav. Doprostřed vesmíru byla lidmi dosazována různá tělesa. Ve 4. století př. n. l. Aristoteles jednoznačně přijal geocentrický systém, že Země je uprostřed vesmíru, a dokázal jeho platnost. Ve 3. století př. n. l. Aristarchos na základě pozorování zatmění Slunce a Měsíce a s geometrickými úvahami vytvořil heliocentrický model vesmíru - Slunce se nacházelo uprostřed - nicméně tento systém nebyl přijat. Kolem roku 200 př. n. l. Apolónius z Pergy a Hipparchos (2. století př. n. l.) vytvořili nové prvky pohybu planet. Později na ně navázal Ptolemaios, který je zahrnul do svého kosmogenického systému - geocentrického modelu vesmíru. Tento model se spolu s Aristotelovou fyzikou stal základem pro další generace. Až Mikuláš Koperník ( ) ve svém díle De revolutionibus orbium caelestium (Oběhy nebeských sfér) zveřejnil svou heliocentrickou soustavu (přiřadil všechny pozorované pohyby těles ve vesmíru Zemi, předpokládal dokonce i rotaci Země kolem své osy). Tímto svým dílem se zasloužil o formování správného heliocentrického systému. Jelikož se však planety nepohybují po ideálních kružnicích (bylo nutno provádět značné korekce jejich pohybů), nebyla tato teorie hned a bez výhrad přijata. Tycho de Brahe ( ) si raději vytvořil novou soustavu, aby nemusel přistoupit na Koperníkův systém. Díky jeho přesným měřením však Johannes Kepler ( ) potvrdil platnost heliocentrického systému a zjistil, že se planety pohybují po eliptických drahách kolem Slunce. 3

4 3 Slunce 3.1 Charakteristika Největším tělesem a zároveň středem sluneční soustavy je Slunce. Soustřeďuje v sobě 99,78% hmoty celé soustavy a je jejím nejdůležitějším zdrojem energie. Právě tato energie dodává Zemi život. Slunce je od nás vzdáleno přibližně 150 miliónů kilometrů. Má krát větší hmotnost než Země, 109krát větší průměr a je krát objemnější. Přitažlivá síla na jeho povrchu je 28krát silnější. Sluneční jasnost činí -26,8 magnitudy. Současně s ostatními hvězdami obíhá Slunce kolem středu galaxie. Jeden oběh přitom vykoná za 200 miliónů let. Dnes už má za sebou 20 oběhů. Z širšího kosmického pohledu však Slunce není zvlášť významným tělesem - je to běžná hvězda hlavní posloupnosti, spektrálního typu G2, která leží na okraji naší galaxie. V nitru Slunce panuje teplota stupňů a tlak krát vyšší než na Zemi. Ze 73% tvoří nitro Slunce vodík a z 25% helium. Izotopy vodíku zvané deuteria (1 proton a 1 neutron) se v takové teplotě spojují po čtyřech a mění se v atomy helia. Energie vyzářená Sluncem ( 3, erg/s neboli 386 miliard megawattů) je produktem termonukleární reakce v jádru. Každou sekundu je přeměněno 700 miliónů tun vodíku na 695 miliónů tun hélia a 5 miliónů tun (= 3, erg) energie ve formě záření gama. Jak postupuje směrem k povrchu, je energie postupně absorbována a znovu vyzařována za nižších a nižších teplot, takže v okamžiku, kdy dosáhne povrchu, je z ní primárně viditelné světlo. Světlo, které přitom vznikne, se neprodere k povrchu dříve než za let, ale cesta k Zemi už mu trvá jen 8 minut. Slunce je staré kolem 4,5 miliardy let. Od svého zrození spotřebovalo asi polovinu vodíku ve svém jádře. Tento proces bude pokračovat mírumilovně ještě dalších 5 miliard let (přestože jeho jasnost se do té doby přibližně dvakrát zvýší). Ale jednou konečně Slunce všechno své vodíkové palivo spálí, což podle vědců povede k radikálním změnám, 4

5 které - podle hvězdných měřítek zcela banálně - budou příčinou totální destrukce Země a jiných planet (a pravděpodobně povedou ke vzniku planetární mlhoviny). 3.2 Složení Nejvýznamnější složkou je vodík (70 %) a helium (28 %). Dále obsahuje (seřazeno dle počtu atomů) kyslík, uhlík, dusík, křemík, síru, železo, hliník, sodík, chrom, fosfor,... Uvnitř Slunce - vědci zjistili, že energie Slunce se uvolňuje z jeho jádra. Energie proudí ven velmi pomalu, milióny let trvá, než dosáhne povrchu Slunce. V té době se mění ze škodlivého záření gama ve známé teplo a světlo. V poslední části své cesty je energie vynášena horkými plyny na povrch, který se nazývá fotosféra. Podmínky ve slunečním jádru (přibližně vnitřních 25% jeho poloměru) jsou extrémní. Teplota dosahuje Kelvinů a tlak je 250 miliard atmosfér. Plyny v jádru jsou stlačeny tak, že mají 150krát větší hustotu než voda. 3.3 Rotace Slunce se otáčí s periodou přibližně 28 dní. Vnější vrstvy Slunce vykazují rozdílnou rotaci: na rovníku rotuje povrch jednou za 25,4 dne, poblíž pólů za víc než 36 dní. Tyto rozdíly jsou dány tím, že Slunce není na rozdíl od Země pevné těleso. Podobné efekty je možno pozorovat i u plynných obalů planet. Rozdílná rotace značně zasahuje i vnitřní vrstvy Slunce, ale sluneční jádro se otáčí jako pevné těleso. 3.4 Mytologie Slunce bylo personifikováno v mnoha mytologiích na celém světě. Řekové je nazývali Hélios, Římané pak Sol. 5

6 4 Merkur 4.1 Charakteristika Planeta nejblíže ke Slunci,je vysušován a spalován slunečním zářením.suchý kamenný svět má velmi řidkou,sotva existujcí atmosferu.ze všech planet sluneční soustavy Merkur obíhá nejrychleji okolo Slunce,ale kolem vlastní osy se točí pomalu.ze Země mužeme pozorovat pouze slabe zabarvení povrchu planety.v 70 letech však byly ořízeny jedinečné snímky kosmickou sondou Mariner 10,která proletěla okolo Merkura a zjistila,že má povrch poznamenaný mnoha krátery.pro astronauty je záhadou,proč má mala planeta tak velké kovové jadro. Merkur je tuhá,rychle se pohybující planeta s rozměrným kovovým jadrem,která ma poměrně slabou gravitaci a nesmírně řidkou atmosferu. Je to nejmenší planeta sluneční soustavy. Okolo osy se otočí jednou za dne -Slunce oběhne za 87,97 dní 6

7 Atmosféra: 4.2 Složení Průměr: 4880km Počet měsíců: 0 Teplota:163º C Oběžná rychlost: 47,87km/s 4.3 Základní údaje 7

8 5 Venuše lota 464 celsia stupnvenuše lota 464 celsia stupn 5.1 Charakteristika Je také vnitřní planeta a obíhá blíže ke Slunci nežli Země.Je to kamenná koule o velikosti srovnastelné se Zemi-ale jinak se naší planetě vůbec nepodobá.venuše je temný,nepřátelský svět vulkánů a dusivé husté atmosféry,její průměrná teplota je vyšší než u kterékoliv jiné planety.pod silnou vrstvou plynů se nachází krajina modelovaná sopečnými výbuchy. Venuše je kamenná planeta s podobnou stavbou a velikosti Země.Její atmosféra ji předurčila stát se nejteplejší planetou sluneční soustavy.otačí se opačným směrem než většina planet. 5.2 Povrch Během vývoje Venuše se její vzhled stále měnil. Stáří dnešního povrchu je pouhá půlmiliarda roku.kamenitou krajinu,kterou nám ukázaly sondy,vytvořila intenzivní sopečnou činnost-tento proces pokračuje i nyní. Zvlněné sopečné roviny s vyvýšenými oblastmi pokrývají většinu planety. Nejrozsáhlejších vysočinou je Aphrodie Terra, kde se nachází několik obrovských sopek včetně Maat Mons. Průměr: km Počet měsíců: 0 Teplota: 464º C 5.3 Základní údaje 8

9 6 Země Sluneční soustava Drahoslava Rybová 6.1 Charakteristika Země je třetí planeta naší sluneční soustavy, počítáno z pohledu Slunce, od kterého je vzdálena 150 miliónů kilometrů a je zatím jedinou známou planetou, na které existuje život. Je to mimo jiné také otázka vzdálenosti naší planety od Slunce, která je právě taková, že jsou zde takřka ideální podmínky pro život. Kdyby naše planeta obíhala blíže Slunci, pak by na Zemi bylo příliš veliké horko, v opačném případě by naopak bylo příliš chladno, aby zde mohl vzniknout život. Země je stále v pohybu, obíhá nejenom kolem Slunce a kolem vlastní osy, ale zároveň spolu se Sluneční soustavou obíhá v rámci Mléčné dráhy. Průměr kolem rovníku: 12756,20 km Počet měsíců: 1 Průměrná oběžná rychlost: 29,78 km.s -1 Hmotnost: 5, kg Hustota: 5,515 g.cm -3 Objem: 108, km Základní údaje 9

10 7 Mars 7.1 Charakteristika Mars je čtvrtá planeta Sluneční soustavy, pojmenovaná po římském bohu války Martovi. Mars je druhá nejmenší planeta (po Merkuru). Mars můžeme v některém období pozorovat celou noc. Taková situace nastává, když je Mars v opozici ke Slunci a Země se tak nachází mezi Marsem a Sluncem. Jelikož půda má červený nebo růžový odstín, staré národy ho považovaly za symbol ohně a krve. 7.2 Kůra Od července 1997 pořizuje z oběžné dráhy podrobné snímky červené planety sonda Mars Global Surveyor (MGS), ale pod povrch se podívat nemůže. Nicméně změny gravitačního pole planety působí malé změny orbitální rychlosti sondy a tyto změny odpovídají vnitřním hustotním fluktuacím. Jemné změny dráhy byly měřeny pomocí MGS rádiového experimentu kombinovaného s topografickými údaji přesného laserového výškoměru MOLA (Mars Orbiter Laser Altimeter), a tak mohli vědci vytvořit mapu tloušťky marťanské kůry. Na obrázku vpravo odpovídá červená barva tenčím a modrá barva silnějším oblastem kůry. Z celkové mapy kůry je možné zjistit, že rozsah tloušťky se pohybuje v intervalu od 32 km do 80 km a jsou zřejmé zřetelné rozdíly mezi obecně tenčí kůrou na severní polokoulí a silnější na jižní. Tenká kůra podporovala rychlé ochlazování nově vzniklé planety a mohla přispět ke vzniku velkého severního oceánu na ranném Marsu. Je zřejmé, že největší tloušťka kůry je pod oblastí Tharsis, km a minimální je pod pánví Hellas, pouze 10 km. Zdá se být velice pravděpodobné, že kůra Marsu je mnohem silnější než zemská, nejméně 100 km. Toto může vysvětlovat nepřítomnost deskové tektoniky. 10

11 7.3 Plášť Sluneční soustava Drahoslava Rybová Plášť je silný okolo až km, je složen z křemičitých hornic a z toho vyplývá, že jeho průměrná hustota je okolo až kg/m Jádro Přesné rozměry jádra nejsou přesně známé, protože jak bylo uvedeno výše, závisejí na zatím nepřesně zjištěných parametrech. Pokud se budeme držet toho, že je jádro složené z pevných hornin a železa, tak jeho poloměr vychází na km. Pokud by se jednalo o lehčí látky (např. směs síry a železa), potom by jeho maximální průměr byl okolo Teplota Průměrná zaznamenaní teplota na planetě Mars je - 63 C (210 K) s maximální teplotou 20 C (293 K) a minimální C (133 K). 11

12 8 Jupiter 8.1 Charakteristika Jupiter je se svým rovníkovým průměrem km největší planetou ve sluneční soustavě. Je v pořadí pátou planetou od Slunce. Pokud by byl Jupiter dutý, tak by takto vzniklý prostor vyplnilo více než tisíc Zemí. Jeho hmotnost, 1, kg, je větší než hmotnost všech ostatních planet dohromady. Tloušťka Jupiterovy atmosféry je zhruba km a skládá se z plynného vodíku a helia s malým množstvím metanu, čpavku, vodních par a dalších sloučenin. S ohledem na velikost Jupitera s hloubkou poměrně rychle narůstají teplota i tlak a proto se v hloubce asi m nachází moře kapalného molekulárního vodíku. V hloubkách ještě větších je už tlak natolik velký, že má vodík tuhé, kovové skupenství. Barevné šířkové pásy, atmosférické mraky a bouře ilustrují dynamický systém Jupiterova počasí. Charakter oblak se mění během hodin nebo dnů. Atmosféra: většinou plynný vodík a helium Vnější plášť:tekutý vodík Vnitřní plášť : tekutý kovový vodík Jádro: hornina 8.2 Složení 12

13 9 Saturn 9.1 Charakteristika Saturn je druhou největší planetou sluneční soustavy a díky svým prstencům je považován za jeden z nejkrásnějších objektů ve vesmíru. Až do mise sond Voyager 1 v druhé polovině 70. let 20. stol. byl jedinou známou planetou, která by se mohla pyšnit soustavou prstenců. Dnes lze na Saturn pohlížet jako na strukturní zmenšeninu sluneční soustavy. Saturn patří mezi velké planety, podobá se Jupiteru (jeho hmotnost je však jen třetinová). Jde o z velké části plynné těleso, složené převážně z vodíku s nejnižší hustotou (690 kg/m3) v celé sluneční soustavě. Velmi nápadné je u Saturna jeho zploštění na pólech, způsobené rychlou rotací (takže rovníkový průměr je km, zatímco polární průměr činí jen km - možným vysvětlením tohoto jevu je spíše tekutá než pevná fáze vodíku v jádru, která se za vnitřních tlaků nezmění až do teploty 7000 K). Sklon osy rotace vůči oběžné dráze má velký význam z hlediska viditelnosti Saturnova prstence. 9.2 Mytologie Saturnus, vládce bohů, měl v římské tradici stejné osudy jako řecký bůh Kronos, s nímž Saturn splynul. Řecké bájesloví vypráví, že Kronos sdílel osudy Titánů a teprve později byl Diem omilostněn a stal se vládcem ostrovů blažených, kde žili héróové. V římském podání Saturnus prchl před vítězným Iovem do krajiny obklopené horami, kterou nazval Latium. V krajině vládl bájný král Ianus, který Saturna učinil svým spoluvládcem. Za vlády Saturnovy bylo v Itálii období zlatého věku. Saturnus chránil celou přírodu, lidstvo naučil pěstovat ovocné stromy a vinnou révu. Dal lidem mravní řád. Byla to nejšťastnější doba lidstva a lidstvo se utěšuje nadějí na návrat těchto blažených časů. Štěstí tehdejších lidí připomínaly Saturnalie, slavené po několik dní v prosinci, kdy panovala volnost a rovnost i mezi pány a otroky. Saturnus měl chrám na foru na úpatí Capitolia; chrám byl současně státním archivem a pokladnou. Báje vypráví, že Saturnus zplodil v podobě hřebce s Ókeanovnou Filyrou moudrého Kentaura Cheiróna. V pozdějších dobách byl Saturnus bohem symbolizujícím Čas. 13

14 10 Uran Sluneční soustava Drahoslava Rybová 10.1 Charakteristika Uran je sedmá planeta od Slunce a je třetí největší ve sluneční soustavě. Má rovníkový průměr kilometrů a oběhne okolo Slunce jednou za 84,01 pozemských let. V rovníkovém průměru je větší než Neptun, ale co do váhy je lehčí než on. Jeho střední vzdálenost od Slunce je milionů kilometrů. Délka dne na Uranu je 17 hodin 14 minut. Uran má známých 21 měsíců, ale předpokládá se, že jich je ještě o něco více. Dva největší měsíce, Titania a Oberon, byly objeveny Williamem Herschelem už v roce Atmosféra Uranu se skládá z 83 % vodíku, 15 % helia, 2 % metanu a malého množství acetylénu a jiných uhlovodíků. Metan v horní atmosféře pohlcuje červené světlo a tím dává Uranu jeho modrozelenou barvu. Tloušťka atmosféry se odhaduje asi na 1000 km. Atmosféra je uspořádána do vířících mraků poháněných rotací planety, obíhajících v konstantních šířkách, čímž vytváří pásy, podobné daleko živějším skupinám mraků pozorovatelných na Jupiteru nebo Saturnu. Větry vanou ve středních šířkách po směru otáčení planety, rychlostí od 40 do 160 metrů za sekundu. Radioexperimenty zdetekovaly vichry kolem 100 metrů za sekundu vanoucí opačným směrem v okolí rovníku. Atmosféra: vodík: 83% helium: 15% metan: 2% 10.2 Složení Rovníkový poloměr: 25,559 km Počet měsíců: 21 (známých) Střední oběžná rychlost: 6,81 km / sec 10.3 Základní údaje 14

15 11 Neptun 11.1 Charakteristika Neptun je typickým představitelem planety zvané plynný obr, jeho průměr je km. Oběžná doba kolem Slunce činí 165 roků. Perioda rotace je 16 hodin a 7 minut. Narozdíl od Země se může pochlubit 8 měsíci, z nichž šest bylo objeveno sondou Voyager. Den na Neptunu trvá 16 hodin a 6,7 minut. Centrální část nitra planety, přibližně dvě třetiny poloměru, je složena postupně od středu z kamenného jádra, ledu, tekutého čpavku a metanu. Vnější část, zhruba třetina, je směsí horkých plynů vodíku, hélia, vody a metanu. Metan dává Neptunu charakteristickou modrou barvu. Na Neptunu lze pozorovat několik velkých, temných skvrn, připomínajících bouře na Jupiteru. Největší skvrna, známá jako Velká temná skvrna, o velikosti průměru asi jako naše Země, je podobná Velké rudé skvrně na Jupiteru. Voyager odhalil malé nepravidelnosti mezi východně se pohybujícími mračny, která oběhnou Neptun každých 16 hodin. Tato mračna jsou při svém oběhu doplňována mračny z nižších vrstev. Dlouhé světlé mraky (podobným na Zemi říkáme cirry) je možné spatřit i vysoko v Neptunově atmosféře. V nízkých severních zeměpisných pásmech pořídil Voyager obrázky mraků, od kterých lze pozorovat stín na mracích pod nimi. Neptun je místem, kde vanou nejsilnější větry v naší sluneční soustavě. Poblíž Velké temné skvrny dosahuje rychlost větru 2000 km/h. Většina větrů vane západním směrem, tedy proti rotaci planety Mytologie Neptunus, římský vládce moře, syn Saturnův a Opin, bratr Iovův. Římané ho zcela ztotožnili s Poseidónem. Původně byl bohem toků a jeho manželkou byla bohyně Salacia. Po ztotožnění s 15

16 Poseiodónem se stala jeho manželkou Amfitrité. V Římě byl uctíván i jako Neptunus equester, ochránce koní a jezdeckého umění, stejně jako Poseidón byl pokládán za stvořitele koní a jezdeckých závodů. Tato jeho vlastnost byla vyjádřena na oltáři ve Flaminiově cirku. Neptunus byl nečetněkráte zobrazen různými sochami, jak na lodích, tak i na všech místech a budovách souvisejících s plavbou. I na mincích byl zpodobňován ve voze taženém mořskými koníky. 16

17 12 Vesmírná tělesa Po svém objevení byly mezi planety na čas zařazeny i Ceres a Pluto. Ty však nejsou ve svých zónách dominantními objekty a tak jsou dnes označovány jako trpasličí planety. K nim se přidal v roce 2005 objekt s provizorním názvem 2003 UB 313, dnes nazývaný Eris, který je podle měření Hubblova vesmírného dalekohledu dokonce větší než Pluto samotné. Důležitými složkami Sluneční soustavy jsou také planetky tzv. hlavního pásu na drahách mezi Marsem a Jupiterem a překvapivě mnoho poměrně velkých těles je dnes nacházeno v oblasti tzv. Kuiperova pásu za drahou Neptunu (Sedna, Quaoar, Orcus ad.) úplný okraj naší soustavy pak tvoří obrovská zásobárna kometárních jader tzv. Oortův oblak. 17