Astronomie Sluneční soustavy I. PřF UP, Olomouc, 6.4.2012
Osnova přednášek: 1.) Tělesa Sluneční soustavy. Slunce, planety, trpasličí planety, malá tělesa Sluneční soustavy, pohled ze Země. Struktura Sluneční soustavy. - Vznik a vývoj Sluneční soustavy. Chemické složení. Pozorování jiných planetárních soustav, teorie hvězdných mračen, vznik jednotlivých těles. (M. Prouza) 2.) Slunce - struktura, termojaderné reakce, projevy magnetického pole, pozorování fotosféry, chromosféry a korony, sluneční vítr. (J. Ebr) 3.) Malá tělesa ve Sluneční soustavě. Planetky, komety. Meteoroidy. E.-K. pás. - Dělení planetárních těles. Vnitřní struktura planet a jejich satelitů. Poznatky z gravitačních a magnetometrických pozorování. Energetická bilance. Modely těles - velké planety, terestrické planety, ledová tělesa. - Velké planety. Jupiter, Saturn, Uran, Neptun. Magnetosféra. - Povrchy planet a měsíců. Mapování. Planetologie. Vznik povrchů. Geologicky staré povrchy (Měsíc, Merkur, Mars) - geologicky mladé povrchy (Země, Venuše, Io). - Atmosféry planet a měsíců. (J. Ebr) 4.) Planety mimo Sluneční soustavu - metody jejich detekce, stav současných znalostí. - Pozorování a fotografování objektů Sluneční soustavy. (J. Ebr) (přednáška 1. tedy pokryje exoplanety, přednášky 3.+4. budou předneseny ve dvojnásobně dlouhém bloku a exoplanetám se již víceméně věnovat nebudou)
Literatura: (trochu problém, obor v rychlém vývoji, solidní učebnice poměrně zastaralé,...) Vanýsek, V.: Základy astronomie a astrofyziky, Academia, Praha 1980 Hlad O., Pavlousek J.: Přehled astronomie, 2. vydání, SNTL, Praha 1990 Kleczek J.: Vesmír kolem nás, Albatros, Praha 1986 Brož, M.: http://sirrah.troja.mff.cuni.cz/~mira/astrofyzika_pro_fyziky/ K 1. přednášce: http://en.wikipedia.org/wiki/formation_and_evolution_of_the_solar_system http://en.wikipedia.org/wiki/exoplanet http://exoplanet.eu/ Článek D. N. C. Lin: The Genesis of the Planets (pošlu PDF mailem a vystavím na webu)
Tělesa Sluneční soustavy. Slunce - planety (terestrické vs. plynní obři) - trpasličí planety (Ceres z hlavního pásu, dále pak největší TNOs transneptunické objekty) - malá tělesa Sluneční soustavy Struktura Sluneční soustavy planety menší tělěsa pás planetek, Kuiperův oblak (TNOs), Oortův oblak (Definice: Trpasličí planeta obíhá Slunce, má dostatečně silnou gravitace, aby vytvořila (přibližně) kulový tvar tělesa, zároveň není ale dost veliká, aby gravitačně dominovala svému okolí a vyčistila si jej. Např. Pluto je v zóně, kde dominuje Neptun, Ceres je v pásu mnoha dalších planetek.)
Planety terestrické, obří; trpasličí planety
Pás asteroidů, transneptunická tělesa (TNOs) - Kuiperův pás, Oortův oblak
Konec sféry Sluneční soustavy: Sluneční vítr a heliopauza, terminační rázová vlna
Pozorování jiných planetárních soustav Planety mimo Sluneční soustavu Metody jejich detekce Stav současných znalostí exoplanet
Množství objevených exoplanet v závislosti na metodě objevu
Metody detekce exoplanet: - radiální rychlost (užití Dopplerova jevu) - přechod (fotometrie, dále v takovém případě lze spektroskopicky atmosféra) + změny časů přechodu (TTV transit timing variation) složitější systémy s více planetami - gravitační mikročočkování (čočkuje mezilehlá hvězda díky přítomnosti planety se charakteristickým způsobem zjasní) - přesná astrometrie mateřské hvězdy - časování záblesků pulzarů - infračervené pozorování cirkumstelárních disků
Katalog exoplanet.eu: + 2,321 Kepler Planetary Candidates
Hmotnosti a oběžné dráhy exoplanet Objevené planety jsou nejčastěji velmi hmotné (hmotnější než Jupiter) a obíhají velmi blízko mateřské hvězdě (spodní osa - vzdálenost v AU, levá svislá osa hmotnost v hmotnostech Jupitera, pravá Svislá osa v hmotnostech Země, všechny osy logaritmické)
Hledání planety podobné Zemi hledání života...
Nebulární hypotéza vzniku Sluneční soustavy - 18. století - Pierre Simon Laplace, Immanuel Kant, Emanuel Swedenborg - gravitační kolaps obřího molekulárního oblaku (~ 20 pc), Sluneční soustava - počáteční průměr kolem 1 pc hustá jádra ~ 0.01-0.1 pc - počáteční impulz - výbuch supernovy? - zachování momentu hybnosti - rychlejší rotace - srážky, počátek přeměny kinetické energie na teplo - po 100 tis. letech (pouze!) - vznik protohvězdy a protoplanetárního disku (~ 200 AU) - 50 mil. let - zažehnutí termonukleárních reakcí, hvězda hlavní posloupnosti
Vznik planet - akrece planetesimál: - prachová zrna se přímým kontaktem slepí až do tělesa s průměrem ~ 200 m - pro další transformace již převažují srážky, vznikají planetesimály s průměrem kolem 10 km - dalšími srážkami dále rostou a sjednocují se - vnitřní část Sluneční soustavy - do 4 AU - příliš horko pro kondenzaci vody či metanu, tedy tvorba planet pouze z těžších prvků - těch je ovšem málo, takže planety jsou relativně malé - plynní obři - voda již ve formě ledu, planety hmotnější, schopné zachytit i vodík a hélium a dále vyrůst - Jupiter první za zámrznou čárou, vznikal proto jako první a je proto největší, cca 3 miliony let pro vznik tělesa s 10 M Země, pak ale velmi rychlý nárust na současných 318 hmotností Země (pár tisíc let)
- Uran a Neptun - příliš velicí na svoji polohu (na svých drahách by takhle velké planety vznikaly příliš pomalu), vznikly tedy blíže Jupiteru a Saturnu a migrovali později - ca 600 milionů let po vzniku Sluneční soustavy - rezonance 2:1 Saturna s Jupiterem - vystřelení Uranu a Naptunu vně, nafouknutí Kuiperova pásu, vznik těles s vysoce eliptickými drahami - Oortův oblak ("model z Nice")
Měsíce - plynní obři - vznik z cirkumplanetárního disku - vznik z vyvrženého materiálu po impaktu - zachycení tělesa Stabilita sluneční soustavy - význam rezonancí (celočíselné poměry oběžných dob napomáhají vychýlení z rovnováhy) - Ljapunovův čas (čas, po který je dynamický systém stabilní; pro Sluneční soustavu podle vstupních parametrů pouze jednotky až stovky miliónů let tedy nedokážeme simulovat přesně vývoj Sluneční soustavy od jejího vzniku)