Terestrické exoplanety. Co víme o jejich vnitřní struktuře?

Podobné dokumenty
Exoplanety. Lekce 14 Lenka Zychová, Miroslav Jagelka

Astronomie Sluneční soustavy I. PřF UP, Olomouc,

Vnitřní život krátkoperiodických exoplanet

Exoplanety (extrasolar planet)

Geochemie endogenních procesů 3. část

základy astronomie 1 praktikum 10. Vlastnosti exoplanet

Jak najdeme a poznáme planetu, kde by mohl být život?

9. Astrofyzika. 9.4 Pod jakým úhlem vidí průměr Země pozorovatel na Měsíci? Vzdálenost Měsíce od Země je km.

Proč studovat hvězdy? 9. 1 Úvod Energetické úvahy Zjednodušení použitá při konstrukci sférických modelů Model našeho Slunce 15

Astronomie. Astronomie má nejužší vztah s fyzikou.

VY_32_INOVACE_FY.20 VESMÍR II.

Korekce souřadnic. 2s [ rad] R. malé změny souřadnic, které je nutno uvažovat při stanovení polohy astronomických objektů. výška pozorovatele

B. Hvězdy s větší hmotností spalují termojaderné palivo pomaleji,

NAŠE ZEMĚ VE VESMÍRU Zamysli se nad těmito otázkami


Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/

Mgr. Lukáš Ackerman, PhD. Geologický ústav AV ČR, v.v.i.

Cesta do nitra Slunce

Tranzity exoplanet. Bc. Luboš Brát

Exoplanety ve škole. Ota Kéhar. astronomia.zcu.cz. kof.zcu.cz

Obecná teorie relativity pokračování. Petr Beneš ÚTEF

ČLOVĚK A ROZMANITOST PŘÍRODY VESMÍR A ZEMĚ. GRAVITACE

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Elektronická podpora zkvalitnění výuky CZ.1.07 Vzděláním pro konkurenceschopnost

Pojmy vnější a vnitřní planety

Sluneční soustava OTEVŘÍT. Konec

ANOTACE vytvořených/inovovaných materiálů

základy astronomie 2 praktikum 5 Dynamická paralaxa hvězd

Chemické složení vesmíru

Kroužek pro přírodovědecké talenty I lekce 3 SLUNEČNÍ SOUSTAVA

FYZIKA Sluneční soustava

Obsah. Obsah. 2.3 Pohyby v radiálním poli Doplňky 16. F g = κ m 1m 2 r 2 Konstantu κ nazýváme gravitační konstantou.

Slapový vývoj oběžné dráhy. Michaela Káňová, Marie Běhounková Geodynamický seminář

Slapy na terestrických exoplanetách Michaela Káňová, Marie Běhounková

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Hvězdy se rodí z mezihvězdné látky gravitačním smrštěním. Vlastní gravitací je mezihvězdný oblak stažen do poměrně malého a hustého objektu

O tom, co skrývají centra galaxíı. F. Hroch. 26. březen 2015

R2.213 Tíhová síla působící na tělesa je mnohem větší než gravitační síla vzájemného přitahování těles.

VY_32_INOVACE_06_III./17._PLANETY SLUNEČNÍ SOUSTAVY

Insolace a povrchová teplota na planetách mimo sluneční soustavu. Michaela Káňová

Tělesa sluneční soustavy

K. E. Bullen ( ) rozdělil zemské těleso do 7 částí Na základě pohybu zemětřesných vln, tzv. Bullenovy zóny liší se tlakem, teplotou a

Roztřeseným pohledem na jinak obyčejnou hvězdu za humny

Kroužek pro přírodovědné talenty při Hvězdárně Valašské Meziříčí Lekce IX KOMETY

OBSAH ÚVOD. 6. přílohy. 1. obsah. 2. úvod. 3. hlavní část. 4. závěr. 5. seznam literatury. 1. Cíl projektu. 2. Pomůcky

Digitální učební materiál. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Příjemce podpory Gymnázium, Jevíčko, A. K.

VÝUKOVÝ MATERIÁL VÝUKOVÝ MATERIÁL VÝUKOVÝ MATERIÁL

Hvězdný diagram. statistika nuda je, má však cenné údaje. náhodný vzorek skupina osob. obdobně i ve světě hvězd!

ZEMĚ JAKO SOUČÁST VESMÍRU

Hvězdný diagram. statistika nuda je, má však cenné údaje. obdobně i ve světě hvězd! náhodný vzorek skupina osob. sportovci na ZOH 2018

Od středu Sluneční soustavy až na její okraj

Soutěžní úlohy části A a B ( )

Extragalaktické novy a jejich sledování

Geochemie endogenních procesů 4. část

Mgr. Jan Ptáčník. Astronomie. Fyzika - kvarta Gymnázium J. V. Jirsíka

Kód vzdělávacího materiálu: Název vzdělávacího materiálu: Datum vytvoření: Jméno autora: Předmět: Ročník: 1 a 2

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/

Geometrické proměnné hvězdy (Extrinsic variable stars) Zákrytové proměnné hvězdy Rotující proměnné hvězdy

OPAKOVÁNÍ SLUNEČNÍ SOUSTAVY

Spektrum. Spektrum. zisk rozkladem bílého světla

7. Gravitační pole a pohyb těles v něm

Hvězdný diagram. statistika nuda je, má však cenné údaje. náhodný vzorek skupina osob. obdobně i ve světě hvězd!

Přírodopis 9. Naše Země ve vesmíru. Mgr. Jan Souček. 2. hodina

Složení hvězdy. Hvězda - gravitačně vázaný objekt, složený z vysokoteplotního plazmatu; hmotnost 0,08 M ʘ cca 150 M ʘ, ale R136a1 (LMC) má 265 M ʘ

VESMÍR. Prvouka 3. ročník

Úvod do nebeské mechaniky

očekávaný výstup ročník 7. č. 11 název

Kroužek pro přírodovědecké talenty I lekce 3 SLUNEČNÍ SOUSTAVA

Pulzující proměnné hvězdy. Marek Skarka

Finále 2018/19, kategorie GH (6. a 7. třída ZŠ) řešení. A Přehledový test. (max. 20 bodů)

Astrofyzika. 1. Sluneční soustava. Slunce. Sluneční atmosféra. Slunce Slunce planety planetky komety, meteoroidy prach, plyny

Část A strana A 1. (14 b) (26 b) (60 b) (100 b)

STAVBA ZEMĚ. Mechanismus endogenních pochodů

Kroužek pro přírodovědecké talenty II lekce 13

Železné lijáky, ohnivé smrště. Zdeněk Mikulášek

Vývoj Slunce v minulosti a budoucnosti

Vzdálenosti ve sluneční soustavě: paralaxy a Keplerovy zákony

Úvod do nebeské mechaniky

Všechny galaxie vysílají určité množství elektromagnetického záření. Některé vyzařují velké množství záření a nazývají se aktivní.

VY_52_INOVACE_CVSC2_12_5A

Povrchová teplota na kamenných exoplanetách. Michaela Káňová pod vedením RNDr. Marie Běhounkové, Ph.D.

VESMÍR, SLUNEČNÍ SOUSTAVA

VY_52_INOVACE_137.notebook. April 12, V rozlehlých prostorách vesmíru je naše planeta jen maličkou tečkou.

Vznik vesmíru a naší sluneční soustavy

Gymnázium Dr. J. Pekaře Mladá Boleslav. Zeměpis I. ročník PLANETY SLUNEČNÍ SOUSTAVY. Jméno a příjmení: Martin Kovařík. David Šubrt. Třída: 5.

Interpretace pozorování planet na obloze a hvězdné obloze

Interpretace pozorování planet na obloze a hvězdné obloze

Ledové měsíce velkých planet a možnost života na nich

RNDr.Milena Gonosová. Člověk a příroda Zeměpis. Zeměpis V.- VIII. ročník osmiletého a ročník čtyřletého gymnázia

O původu prvků ve vesmíru

Geochemie endogenních procesů 2. část

P. Pintr a, E. Plávalová b, Vl. Peřinová c, A. Lukš c

Kroužek pro přírodovědné talenty při Hvězdárně Valašské Meziříčí Lekce 19 PLANETKY II

FYZIKA I. Gravitační pole. Prof. RNDr. Vilém Mádr, CSc. Prof. Ing. Libor Hlaváč, Ph.D. Doc. Ing. Irena Hlaváčová, Ph.D. Mgr. Art.

KATAKLYZMICKÉ UDÁLOSTI. 10. lekce Bára Gregorová a Vašek Glos

NÁZEV ŠKOLY: Základní škola Javorník, okres Jeseník NÁZEV: VY_32_INOVACE_197_Planety

VY_32_INOVACE_06_III./19._HVĚZDY

Základní jednotky v astronomii

ZÁŘENÍ V ASTROFYZICE

Exoplanety (extrasolar planet)

Ukázkové řešení úloh ústředního kola kategorie EF A) Úvodní test

Transkript:

Terestrické exoplanety Co víme o jejich vnitřní struktuře? Vánoční (geodynamický) seminář Michaela Walterová, 21. 12. 2016

Terestrické exoplanety Přibližně Mp < 8 M a Rp < 1,5 R, bez mohutné H/He atmosféry K dnešnímu dni potvrzeno 584 planet v tomto rozmezí (Exoplanet Orbit Database, exoplanets.org) Detekce převážně metodou transitní fotometrie (družice Kepler a CoRoT) NASA/JPL-Caltech ESO/M. Kornmesser

Detekce + měření poloměru Transitní fotometrie: měření poklesu jasnosti hvězdy kvůli planetě procházející před jejím diskem Kepler-10 b NASA Exoplanet Archive Nutno vyloučit falešné detekce (vzdálenejší zákrytové dvojhvězdy nebo jiné hvězdy s transitující planetou v zorném poli) Poloměr planety pouze relativně k poloměru hvězdy - jeho znalost je tedy klíčová Pravděpodobnost transitu Ptr R*/a

Měření hmotnosti Radiální rychlosti (RV) Časování transitů (TTV) Spektroskopické měření Víceplanetární systémy, ideálně s planetami v resonanci středních pohybů Založeno na Dopplerově jevu radiální rychlost hvězdy minimální hmotnost (M sini) hmotnost (i známo z transitní fotometrie) Planety na sebe navzájem gravitačně působí nekeplerovské dráhy transity nastávají dříve či později než bez rušení Opět pouze relativní hmotnost vůči hvězdě Přinejmenší horní hranice pro hmotnost transitujících planet K amplituda změn radiální rychlosti i sklon oběžné dráhy vůči obloze (i = 90 pro planetu přecházející před rovník hvězdy) Možnost potvrdit či objevit i málo hmotné exoplanety s větší hlavní poloosou

Empirické vztahy Nejistota v měření hmotnosti exoplanet až ~ 100 % (šum, nejistá hmotnost hvězdy) Weiss a Marcy (2014) empirický vztah mezi poloměrem a hmotností/hustotou pro 65 planet menších než 4 R Zlom v závislosti kolem 1,5 R - nad tento poloměr již podstatná atmosféra

Modely vnitřní struktury Mezní případ: homogenní koule složená z železa, perovskitu nebo vody Dvouvrstvé modely (složení jádra a pláště + poloměr jádra) jsou jednoznačné Tří- a vícevrstvé (ternární diagramy) modely nejednoznačné Většinou pevné železné jádro a PV/PPV plášť + stavové rovnice z vysokotlakých experimentů nebo ab initio výpočtů Teprve při 2% nejistotě v měření M-R lze odvodit relativní zastoupení prvků (Seager a kol., 2007) ale modely degenerované, potřeba dalších omezení Lopez-Morales a kol. (2016), Zeng a kol. (2016)

Charakterizace hvězdy Nejistota v určení hmotnosti a poloměru exoplanety způsobena především nejistotou těchto veličin u mateřské hvězdy hlavní zdroj chyby Inverze spektra (Tef, L*, log g, metalicita) inverze H-R diagramu; výsledek však silně závisí na modelu hvězdného nitra Nezávislé zjištění stáří hvězdy na základě její aktivity a rychlosti rotace (gyrochronologie) Výhodná je kombinace klasických technik s astroseismologií (MOST, CoRoT, Kepler, plánovaný PLATO start 2024?) - např. Lebreton a Goupil (2014) Seismické vlny v nitru hvězdy vedou k lokálním změnám teploty fotometrický signál Science/AAAS

Herzsprung-Russellův diagram Malý a velký rozestup ve výkonovém spektru oscilací střední hustota hvězdy struktura jádra stáří hvězdy Stahn (2010)

Další omezení Zastoupení refraktorních prvků v protoplanetárním disku Stáří planetární soustavy Omezení na ztrátu hmoty při velkých impaktech Omezení daná povrchovou teplotou

Zastoupení prvků Zastoupení refraktorních prvků v uhlíkatých meteoritech a ve sluneční fotosféře si zhruba odpovídají Složení planetární soustavy (až na těkavé látky) lze tedy určit ze spektra mateřské hvězdy Ve sluneční soustavě (CI uhlíkaté chondrity; Cox a kol., 1999): Fe : Mg : Si = 0,977 : 1,072 : 1 Odtud nejvyšší možný hmotnostní zlomek jádra (CMF) 0,38 Střední hodnoty ze spekter 94 mateřských hvězd (Grasset a kol., 2009): <Fe/Si> = 1,01 <Mg/Si> = 1,34 Kondenzace při různých teplotách: silikáty mezi 1750-1060 K, železo a nikl mezi 1450-1050 K (Marcus a kol., 2010) Ringwood (1979)

Zastoupení prvků U mateřských hvězd s nižší než sluneční metalicitou naměřeny vyšší hodnoty [Si/Fe] a [Mg/Fe], při vyšší metalicitě naopak zastoupení podobná Slunci (Gilli a kol., 2006) Mg/Si řídí mineralogii silikátů olivín vs. pyroxeny C/O rozhoduje o vzniku karbidů či oxidů, ve sluneční soustavě C/O 0,5 Rozličná složení planetárního pláště, možné implikace pro deskovou tektoniku a vulkanismus Delgado Mena a kol. (2010) 100 mateřských hvězd podobných Slunci

Chemický vývoj Galaxie Nukleosyntéza v nitrech hvězd a při explozích supernov vs. rozpad radionuklidů Poměr prvků v Galaxii se s časem proměňuje důsledky například pro zastoupení železa ve starých planetách (menší jádro, mohutný plášť, vyšší obsah radioaktivních prvků) Planety vznikající dnes začínají s nižším poměrem radioaktivních prvků než Země (Frank a kol., 2014)

Velké impakty Konečná podoba planet dotvářena velkými impakty v pozdních stádiích planetární formace (vznik Měsíce, vysoká hustota Merkuru) Ani při srážce s jiným, srovnatelně velkým tělesem nepřijde protoplaneta o celý svůj plášť omezení na maximální hmotnostní zlomek železa (Marcus a kol., 2010) Odtud také maximální hmotnost super-merkurů (CMF kolem 0,7): MMerkur 5 M Možná ztráta podstatné části atmosféry mini-neptunů velké rozpětí hustot terestrických exoplanet (Inamdar a Schlichting, 2016) Ztráta atmosféry a oceánů však také fotoevaporací

Shrnutí Terestrická planeta v obyvatelné zóně druhá Země Určení hmotnosti kamenných exoplanet zatíženo velkou chybou (jen zřídka < 30%) Chyba především kvůli neznámým vlastnostem mateřské hvězdy význam astroseismologie Existují fyzikální omezení na poloměr planety při dané hmotnosti (ztráta jen části pláště při impaktech) Charakter planety dán časem i místem jejího vzniku (poměr Fe:Mg:Si, poměr radioaktivních prvků vůči těm stabilním, začátek kondenzace silikátů a kovů v odlišných vzdálenostech od hvězdy)