V. Die Planeten und ihre Monde

Transkript

1 V. Die Planeten und ihre Monde Merkur - Saturn bereits seit Antike bekannt Uranus:1781 von Herschel entdeckt Neptun:1846 von Galle entdeckt, nach Vorhersagen von Adams und LeVerrier

2 Direkte Beobachtungsgrößen Radius R: direkt, mikrometrisch; Winkeldurchmesser Masse M: dynamisch, aus 3. Kepler-Gesetz Rotation: a) Verfolgung von Oberflächenphänomenen b) Dopplereffekt: Linienverbreiterung des Echos eines Radarimpulses Existenz einer Atmosphäre: Spektrum = reflektiertes Sonnenspektrum & atmosphärische Linien Beispiel: IR-Spektrum des Saturnmondes Titan (Cassini)

3 Physikalische Eigenschaften r = retrograd ε = Neigung des Äquators gegen Bahnebene ( Jahreszeiten ) Festkörperplaneten: Merkur - Mars ( terrestrische Planeten ) Gasplaneten: Jupiter - Neptun

4 Innerer Aufbau der Planeten Hydrostatische Schichtung: Gleichgewicht zwischen Gravitation und Auftrieb bestimmt inneren Aufbau der Planeten; auch gültig für die meisten Sterne und Sternatmosphären; siehe auch Planetenatmosphären (unten)

5 Allgemeiner Fall: - Zustandsgleichung muss bekannt sein: p(ρ,t,chem.zusammensetzung), d.h. p-schichtung nur zusammen mit T-Schichtung bestimmbar (Energietransport) - Zustandsgleichung meist nur aus theoretischen Überlegungen, da Drücke im Innern größer als im Labor herstellbar. Innerer Aufbau lässt sich nur über theoretische Modellrechnungen erschließen

6 terrestrische Planeten & Erdmond Gasplaneten

7 Aufbau Planetenatmosphären i.a. H const, da T = T(h) und = (h) Dissoziation, Ionisation Typische Skalenhöhen: Erde N ( =28) 2 H = 8 km Venus CO 2 ( =44) H = 16 km Mars CO 2 ( =44) H = 13 km

8 Globaler Energiehaushalt der Planeten Solarkonstante S = 1,37 kw/m 2 Zustrahlung von der Sonne bei 1 AU geometrische Verdünnung: S(r) = S (r/1au) -2 Planet absorbiert πr 2 (1-A)S(r) A = mittlere Albedo (Reflexionsvermögen), Erde: A 0,3 Abstrahlung 4πR 2 σt eff 4 (vgl. Stefan-Boltzmann-Gesetz) T eff = Effektivtemperatur = Temperatur, die ein schwarzer Körper haben muss, um die gleiche Energiemenge abzustrahlen Gleichgewicht πr 2 (1-A)S(r) + 4πR 2 Q = 4πR 2 σt eff 4 Q = innere Energiequellen Erde: Q=0,06 W/m 2 = 10-4 S, vernachlässigbar, Radioaktivität (U,Th) Gasplaneten: Q/S = 2 3,5 Quelle: Gravitationskontraktion

9 Temperaturschichtung der Planetenatmosphären T T eff z.b. Erde: T eff = -18ºC, Ursache: Treibhauseffekt, Tag-Nacht-Ausgleich Erde, Mars, Venus (hohe Albedo) rot: Effektivtemperatur

10 Jupiter und Saturn

11 Stabilität von Planetenatmosphären Entscheidend: M, R, T Moleküle entweichen, wenn E kin > E pot oder v 2 > v e2 = 2GM/R wahrscheinliche Geschwindigkeit des Moleküls: v = (2RT/µ) 1/2 µ = Molekulargewicht R = Gaskonstante Anordnung gemäß Stabilität:

12 Stabilität gegenüber Gezeitenkräften

13 Magnetfelder Erde: Dipolfeld, verformt durch geladene Teilchen des Sonnenwindes Van Allen-Gürtel: magnetische Flasche für Sonnenwindteilchen, 1958 durch Explorer 1 entdeckt Nordlichter

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15 Erkundung des Sonnensystems (Meilensteine) (Details und Ergebnisse Kapitel V) Venus: 1962, 1967: Vorbeiflüge von Mariner-Sonden (USA) : 3 harte Landungen mit Venera-Sonden (UdSSR) 1970: Venera 7 (UdSSR) erste weiche Landung 1978: Radarkartierung durch Pioneer-Venus (USA) 1989: Radarkartierung durch Magellan (USA) 2006: Venus Express (ESA) Orbiter (derzeit laufend) 2010: Akatsuki (Japan) Orbiter; Ankunft 2016 Mars: : Vorbeiflüge von Mariner-Sonden (USA) 1976: Viking 1 und 2 (weiche Landungen und Orbiter, USA) 1997 Mars Pathfinder (USA), erster Rover Seitdem zahlreiche Missionen, laufende Missionen: seit 2001 Mars Odyssey (Orbiter, USA) seit 2004 Mars Express (Orbiter, ESA) seit 2004 Rover Spirit und Opportunity (USA) seit 2006 Mars Reconnaissance Orbiter (USA)

16 Erkundung des Sonnensystems (Meilensteine) Merkur: Erst 2 Missionen; 1974/1975: Mariner 10 (Vorbeiflug, Kartierung) gestartet: Messenger (USA), Orbiter, Ankunft März 2011 (Kartierung), davor drei Vorbeiflüge absolviert (2007, 2008, 2009) Große Planeten Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun: Pioneer 10 und 11 (USA), Vorbeiflug an Jupiter (1974) und Saturn (1979) Voyager 1 und 2 (USA), Start 1977, Grand Tour, Vorbeiflüge an Jupiter (1979) und Saturn (1981). Voyager 2: Vorbeiflug an Uranus (1986) und Neptun (1989) Galileo (Ankunft 1996, USA): Jupiter-Orbiter und Sonde in Jupiteratmosphäre Cassini/Huygens (Ankunft 2004, NASA/ESA): Saturn-Orbiter (derzeit aktiv) und weiche Landung auf Saturnmond Titan

17 Funkverbindung besteht noch heute, Batterien reichen noch bis ca Grand Tour von Voyager 1 und 2

18 Messung hochenergetischer Protonen: Voyagers erreichen vermutlich gerade den Rand des Sonnensystems; dringen nun in das interstellare Medium vor. Voyagers 1 and 2 have flown on different trajectories past the outer planets of the Solar System, and Voyager 1 may1 or may not2 have reached the termination shock, at 85 au from the Sun. The termination shock occurs where the supersonic plasma of the solar wind begins to slow down as it encounters the interstellar medium at the bounds of the Solar System. The solar wind and the interstellar medium do not merge easily, so further out, beyond the termination shock, there is the true boundary between the solar wind and the interstellar medium the heliopause. Further out still, if the Solar System is itself moving supersonically relative to the interstellar medium, there may be a large bow shock.

19 Erkundung des Sonnensystems (Meilensteine) Kometen: 1985 International Comet Explorer (USA), Vorbeiflug an Giacobini-Zinner 1986 Giotto (ESA) und weitere 4 Sonden anderer Länder, Vorbeiflug an Halley 2001 Deep Space 1, Komet Borrelly 2005 Deep Impact (USA) Vorbeiflug und Aufschlagssonde, Komet Tempel Stardust bringt Staub der Koma des Kometen Wild 2 zur Erde 2014 Rosetta (ESA), Umkreisung und Landung auf Komet Churyumov- Gerasimenko (unterwegs seit 2004) Asteroiden, Kleinplaneten: , NEAR (USA), Umkreisung von Eros, weiche Landung 2003, Hayabusa (Japan) Asteroid Itokawa, Landung, Rückstart zur Erde 2007, Ankunft Erde 2010, mit Spuren von Bodenproben 2007 DAWN (USA), unterwegs, Umkreisung von Vesta (ab Juli 2011) und Ceres (ab 2015) 2006 New Horizons (USA), unterwegs zu Pluto, Ankunft 2015