Astronomie. Vorlesung

Transkript

1 Astronomie Vorlesung 3 Dr. Janis Hagelberg 1

2 Recap: Sonne Kern ~15 Millionen Kelvin Strahlungszone Wärmetransport durch Strahlung Konvektionszone Differentielle Rotation Zycklen: Magnetfeld 22 Jahre Flecken 11 Jahre Chromosphäre Temperaturinversion Korona Sonnenwind 2

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4 2. Planeten & Sonnensystem Planeten, S. Daemgen 4

5 2.1 Objekte im Sonnensystem Sonne: 99.9% der Masse des Sonnensystems 8 Planeten: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun Monde, Satelliten: z.b. Erdmond, Io, Europa, Titan,... Zwergplaneten: Ceres, Pluto, Eris,... Asteroiden: Juno, Vesta,... > Objekte Transneptunische Objekte (TNOs): Pluto, Eris... > 1000 Objekte Kometen Interplanetarer Staub Meteoriten: kleine Asteroiden die auf die Erde fallen Meteore: in der Atmosphäre verglühende Staubteilchen 5

6 2.2 Planeten im Sonnensystem NASA Terrestrische Planeten: Merkur, Venus, Erde, Mars hohe Dichte: 3 5 g/cm3, Mg, Fe, Si, O, kein He, H-Gas Gasplaneten: Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun kleine Dichte: g/cm3, H, He Atmosphäre 6

7 2.2 Planeten im Sonnensystem Ein Planet des Sonnensystems ist gemäß der Definition der Internationalen Astronomischen Union (IAU) ein Himmelskörper, (a) der sich auf einer Umlaufbahn um die Sonne bewegt, (b) dessen Masse groß genug ist, dass sich das Objekt im hydrostatischen Gleichgewicht befindet (und somit eine näherungsweise kugelähnliche Gestalt besitzt), und (c) der das dominierende Objekt seiner Umlaufbahn ist, das heißt, diese über die Zeit durch sein Gravitationsfeld von weiteren Objekten geräumt hat. Pluto erfüllt Bedingung C nicht. Clicker! 7

8 Saturn Jupiter South Pole by Juno NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/John Landino Jupiter

9 2. Planeten & Sonnensystem 3. Planeten, S. Daemgen NASA/JPL-Caltech/SSI 9

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11 Planeten, S. Daemgen 11

12 Planeten, S. Daemgen 12

13 2.3 Entweichen von Gasteilchen Gasteilchen entweichen von den höchsten Atmosphärenschichten falls ihre kinetische Energie größer ist als ihr potentielle Energie Ekin > Epot Erde: 11.2 km/s 13

14 2.3 Entweichen von Gasteilchen Die typische Teilchengeschwindigkeit wird durch die Maxwell-Boltzmann Geschwindigkeitsverteilung beschrieben: Die wahrscheinlichste Geschwindigkeit ist dann: 14

15 2.3 Entweichen von Gasteilchen 15

16 2.4 Gleichgewichtstemperatur für Planeten Credit: NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio Annahme: es besteht ein Gleichgewicht zwischen Sonneneinstrahlung und Wärmeabstrahlung des Planeten 16

17 Schwarzer Körper Absorbiert jegliche einfallende Strahlung Idealer Wärmestrahler Gesamte abgestrahlte Leistung: P = A σ T4 (Stefan-Boltzmann-Gesetz) A: Fläche, σ: Strahlungskonstante

18 Auf der Erde gemessener Fluss Sterne als Schwarze Körper Wellenlänge [μm] Vergleicht die ROTE und BLAUE Kurve im obigen Diagramm. Welche Aussage ist richtig? 1. Der Rot markierte Stern ist kühler als der Blaue aber näher an der Erde 2. Der Rot markierte Stern ist kühler und grösser als der Blaue 3. Nur die Farbe der Sterne ist unterschiedlich 4. Es werden mehr Informationen für eine Entscheidung benötigt 18

19 2.5 Gleichgewichtstemperatur für Planeten Sonneneinstrahlung Wärmeabstrahlung des Planeten Ls Sonnenleuchtkraft D: Distanz zur Sonne RS & RP: Sonnen und Planeten Radius a: Albedo σ: Strahlungskonstante Gleichgewicht zwischen Ein- und Abstrahlung 19

20 Credit: NASA/JPL/Space Science Institute (Enceladus); ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/ UPM/DASP/IDA and Gordan Ugarkovich (Earth); Robert Vanderbei, Princeton University (Moon); ESA/Rosetta/NAVCAM (67P/C-G). Albedo 20

21 2.5 Gleichgewichtstemperatur für Planeten Theoretische Gleichgewichtstemperaturen: - Erde: 255 K = -18 C - Venus: 260 K = -10 C Eigentliche Temperaturen: - Erde: ~ 295 K = 20 C Radioaktivität - Venus: ~740 K = 470 C Treibhauseffekt

22 -250o Pluto Uranus Neptun Mars Erde/Mond 0o Saturn/Titan 250o Jupiter/Europa Venu s Merkur Temperatur oc 500o Bewohnbare Zone 2.6 Bewohnbare Zone im Sonnensystem AE Distanz 22

23 2.7 Monde im Sonnensystem NASA / Wikipedia 23

24 Mondoberfläche dunkle Tiefebenen (Mare) hellere Hochländer (Terrae) Krater

25 Krater: vertiefte Mulden erhöhter, ringförmiger Rand zentraler Kraterberg max. Höhenunterschiede bis 10 km Kraterhäufigkeit ist ein Mass für das Alter der Oberfläche

26 Planeten, S. Daemgen Earth Polychromatic Imaging Camera (EPIC). Credits: NASA/NOAA Astronomie / HS

27 DLR / NASA /JPL Phobos/Mars (D=20 km) Mimas/Saturn (D=400 km) Miranda/Uranus (D=470 km)

28 Saturn NASA/JPL-Caltech/SSI/PSI Volkanische aktivität im Sonnensystem: - Erde - Venus - Io & Europa - Enceladus & Titan - Triton -... Jupiter 28

29 2.8 Zwergplaneten Kugelförmig aber nicht massiv genug um ihre Bahn von anderen Körpern zu befreien. Derzeit: Ceres, Pluto, Eris, Makemake, Haumea Ceres 29

30 2.8 Zwergplaneten Centaurs im Asteroidengürtel und TNOs außerhalb von Neptun 30

31 2.9 Asteroiden und Meteoriten Zwischen Mars und Jupiter liegt der Asteroidengürtel. Asteroiden und Meteoriten, (Asteroiden-Bruchstücke die auf die Erde fallen) geben Auskunft über Prozesse der Planetenentstehung: Wachstum durch Gravitationanziehung, Zerstörung durch Kollisionen, Sedimentation in einen Eisenkern und Silikatmantel bei grossen Asteroiden etc. Die Zusammensetzung von Meteoriten verrät ihre Herkunft und Geschichte: Steinmeteorit: aus dem Mantel eines grossen Asteroiden, Eisenmeteorit: aus dem Zentrum eines grossen Asteroiden, C-Chondrit: wenig veränderter ursprünglicher Baustein. Eisenmeteorit 31

32 Galileo-Beobachtung: 243 Ida (59 x 25 x 19 km) und Dactyl (1.5 km)

33 Vesta (Dawn )

34 Planeten, S. Daemgen Credit: C. Snodgrass/ESO 34

35 Hayabusa 2 auf Ryugu asteroid am gelandet 35

36 2.10 Kometen Kometen sind eishaltige Objekte aus dem äusseren Sonnensystem (d> dneptun), die von ihrer Bahn abgelenkt wurden, ins innere Sonnensystem gelangen und dort wegen der Sonnenstrahlung verdampfen (sublimieren). Typische Eigenschaften: Durchmesser 1 10 km Zusammensetzung: Eis und Staub Verschiedene Bahntypen: - kurzperiodische Kometen P 10 J - langperiodische Kometen P 100 J - quasi-parabolische Kometen P > 1000 J Kometenschweif: In der Nähe der Sonne bildet sich ein Kometenschweif, weil bei ca. 3 AE CO2-Eis und bei 1.5 AE H20-Eis sublimiert. 36

37 Komet West Kometenschweife sind immer von der Sonne weggerichtet weil die Teilchen beschleunigt werden. Schweif Es gibt zwei Schweiftypen: Gerader Schweif Gasteilchen werden ionisiert und durch die geladenen Teilchen (Protonen) des Sonnenwindes (v = 400 km/s) beschleunigt und zum Leuchten angeregt. Gekrümmter Schweif Staubteilchen werden durch den Strahlungsdruck der Sonne langsam beschleunigt. Der Staub streut das Licht der Sonne. Nukleus Koma Zur Sonne 37

38 2.11 Kuipergürtel und Oortsche Wolke 38

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