Astronomia i astrofizyka

[ Pobierz całość w formacie PDF ]

Jest to wielkość półosi orbity ziemskiej; wynosi ona ok. 150 milionów km.
" w centrum znajduje się Słońce
" planety krążą w obszarze od 0.4 j.a. (orbita Merkurego) do 40 j.a. (orbita
Plutona)
Notatki do wykładu - astronomia z astrofizyką 36
" pas Kuipera, zawierający jądra komet krótkookresowych, rozciąga się od 40
j.a. do 400 j.a.
" obłok Oorta (o symetrii sferycznej!), zawierający jądra komet długookreso-
wych: od 10 tys. j.a. do 100 tys. j.a.
" do zapamiętania: Słońce jest ok. 100 razy większe od Ziemi i ok. 10 razy
większe od Jowisza
Orbity planet
" Położone praktycznie w jednej płaszczyznie maksymalne nachylenie or-
bity posiada Merkury (i = 7�%). Pluton mocno odstaje (i = 17�%)
" Wszystkie planety i większość księżyców porusza się ruchem prostym (obiega
Słońce w tym samym kierunku, co Ziemia)
" Planety (za wyjątkiem Wenus i Urana) obracają się wokół osi ruchem pro-
stym (z zachodu na wschód)
Dwustopniowy schemat dynamiczny US
" Dwa szczeble drabiny: planety krążą wokół Słońca, księżyce krążą wokół
planet
" sfera Roche a to otaczający planetę obszar, w którym jej przyciąganie do-
minuje nad przyciąganiem Słońca i w którym mogą krążyć jej księżyce
" promień sfery Roche a dla Układu Słonecznego jako całości wynosi ok.
100 tys. j.a. (stąd bierze się oszacowanie zewnętrznej granicy Chmury Oorta);
poza tym obszarem oddziaływanie grawitacyjne Słońca jest słabsze niż od-
działywanie potencjału grawitacyjnego Galaktyki, która jest kolejnym, wyż-
szym szczeblem drabiny
" księżyce planet nie mają swoich naturalnych księżyców: takie orbity są nie-
stabilne ze względu na oddziaływanie zaburzające pobliskiej planety
Rezonanse orbitalne
" muzykę sfer pitagorejczyków i Keplera można odnalezć w ruchu orbital-
nym niektórych planet i księżyców
" Jowisz i Saturn są w rezonansie 2:5 (co dwa obiegi Jowisza i co pięć obie-
gów Saturna, obie planety są w opozycji); Neptun i Pluton 2:3
Notatki do wykładu - astronomia z astrofizyką 37
" księżyce galileuszowe Jowisza: Io i Europa oraz Europa i Ganimedes (1:2),
Ganimedes i Kallisto (3:7)
" księżyce Saturna: Mimas i Tetyda (1:2), Tytan i Hiperion (3:4)
" mnóstwo rezonansów wśród planetoid
3.2 Własności fizyko-chemiczne planet
3.2.1 Promieniowanie termiczne planet
" założenia: planety są szybko rotującymi kulami w równowadze termicznej
(tzn. o stałej temperaturze na całej powierzchni)
" planety ogrzewa promieniowanie słoneczne, o maksimum w zakresie wi-
dzialnym; planety absorbują jego część, określoną współczynnikiem 1 - A,
gdzie A jest tzw. albedem sferycznym (jest to stosunek energii odbitej przez
kuliste ciało do energii padającej)
" planety wypromieniowują ciepło tak, jak ciało czarne o określonej tempe-
raturze (prawo Stefana-Boltzmana); emisja ta zachodzi w podczerwieni
" obliczona przy tych założeniach temperatura powierzchni planety nazywa
się temperaturą efektywną, Te
" Te można porównać ze zmierzoną, średnią temperaturą Tp powierzchni pla-
net:
Planeta Albedo a[j.a.] Te[K] Tp[K]
Merkury 0.06 0.39 440 400
Wenus 0.76 0.72 230 730
Ziemia 0.36 1.00 250 290
Księżyc 0.06 1.00 275 250
Mars 0.16 1.52 215 210
Ceres 0.06 2.77 215 215
Jowisz 0.73 5.20 90 125
" największe różnice widoczne są w przypadku Merkurego (wolny obrót wo-
kół osi, 58 dób, w ciągu dnia 700 K, nocą 100 K), Wenus i Ziemi (efekt
cieplarniany) oraz Jowisza (dopływ ciepła z wnętrza planety)
Notatki do wykładu - astronomia z astrofizyką 38
3.2.2 Atmosfery planet
" znajdują się w równowadze hydrostatycznej: ciśnienie �!�!grawitacja
" skład atmosfer planet ziemskich oraz dużych księżyców:
Obiekt Promień [km] Skład atmosfery
Merkury 2439 brak
Wenus 6050 96% CO2 4% N2
Ziemia 6370 78% N2 21% O2 CO2, H2O
Księżyc 1740 brak
Mars 3390 95% CO2 3% N2
Tytan 2575 głównie N2
" w atmosferze Wenus i Marsa dominuje CO2, w ziemskiej N2
" dlaczego Merkury i Księżyc nie mają atmosfer, a Tytan ma?
Ucieczka atmosfer
Molekuła gazu może uciec z atmosfery, gdy jej prędkość jest większa od prędkości
ucieczki. Energia do tego potrzebna może pochodzić z 3 zródeł:
" termicznego ruchu gazu zderzenia między cząsteczkami mogą zwię-
kszyć ich energię kinetyczną
" reakcji chemicznych między cząsteczkami
" wpływu pola magnetycznego planety i wiatru słonecznego na zjonizowane
atomy gazu
Ucieczka termiczna
" średnia kwadratowa prędkość cząsteczek gazu wynosi:
3kT
v =
�
m
lub, po obustronnym zlogarytmowaniu:
1 1 3k
log v = log T + log ,
�
2 2 m
co da funkcje liniową, jeśli na osiach odłożymy logarytmy T i v
�
Notatki do wykładu - astronomia z astrofizyką 39
" rozkład prędkości cząsteczek gazu opisuje rozkład Maxwell a
" na ucieczkę w przestrzeń narażone są cząsteczki gazu z zewnętrznej czę-
ści atmosfery ergosfery; jej temperatura określa średnią prędkość ruchu
cząsteczek
" cząsteczka ucieka z atmosfery, jeśli jej prędkość v > vII, gdzie vII oznacza
drugą prędkość kosmiczną:
2GM
vII =
R
" w gazie każda cząsteczka ma inną prędkość; przyjmijmy, że gaz pozostaje
w atmosferze przez czas porównywalny z wiekiem Układu Planetarnego (5
Glat), gdy spełniona jest nierówność:v
�
" stabilność atmosfer planetarnych można przedastawić na wykresie:
" największa z planetoid Ceres nie byłaby w stanie utrzymać atmosfery
nawet, gdyby znalazła się daleko od Słońca
" Merkury i Księżyc nie mają atmosfer, gdyż temp. w ich otoczeniu są zbyt
wysokie; gdyby ciała te umieścić w otoczeniu Saturna (gdzie jest Tytan), [ Pobierz całość w formacie PDF ]

Linki