Inleiding Astrofysica College 4 6 oktober 2014 13.45 – 15.30 Ignas Snellen Samenvatting – College 3 • Behandelde onderwerpen: Telescoop, lens, spiegel, brandpuntsafstand, focus, Rayleigh criterion, resolutie, CCD detector, pixel, dampkring, absorptie, seeing, airmass, adaptieve optiek, Rontgen Telescoop, Infrarood Telescoop, radio telescoop, interferometrie, ALMA, VLBI De aarde, leeftijd, ontstaan van maan, getijdewerking, equilibrium temperatuur, albedo, temperatuur op maan, Mercurius, precessie, Venus, Venus-atmosfeer, Venus-rotatie, geologische activiteit, broeikaseffect • Vraagstukken die je nu zou moeten kunnen behandelen: - Berekening van resolutie van een telescoop - Wat is seeing en adaptieve optiek? - Wat is Interferometrie? - Hoe weten we de leeftijd van de Aarde? - Berekening van evenwichtstemperatuur op planeet, onder verschillende omstandigheden. - Omschrijving broeikaseffect Ons Zonnestelsel De rotsachtige planeten Onze Maan • • • • • Ontstaan uit een botsing van de aarde met ander object (?) Getijdewerking zorgt voor synchrone rotatie Vulkanische basaltvlaktes (maanzeeen) alleen aan voorkant Getijdewerking zorgt voor steeds langere omloopstijd. Draaiing aarde wordt afgeremd maan Aarde Ons Zonnestelsel De rotsachtige planeten Wat bepaalt de temperatuur op Aarde? Equilibrium temperatuur: Verwachte evenwichtstemperatuur van een planeet door ontvangen energie van de Zon Eontvangen = Euitgezonden Albedo, A: fractie van sterlicht dat wordt gereflecteerd (en dus niet geabsorbeerd). € Als zonnewarmte gelijk wordt verdeeld over hele Aarde: 1/ 4 R z 1/ 2 2d Teq = Tz (1 − A) [ ] = 255 K ! 255 K + broeikaseffect = oppervlaktetemperatuur Ons Zonnestelsel De rotsachtige planeten Hoe warm is het op de maan? • geen dampkring • warmtegeleiding nihil • Albedo van Maan is 0.07 • Maximale temperatuur als zon hoog staat • Temperatuur aan nachtkant wordt bepaald door afkoelingssnelheid van€ gesteente Maximale temperatuur: rond de evenaar, in de middag: Teq −maan = Teq −aarde × 1.07 × 2 ≈ 390K Aan het einde van de nacht (na 13-14 aard-dagen) ! -150 celsius Ons Zonnestelsel De rotsachtige planeten Mercurius • Iets groter dan onze Maan, hoge dichtheid ! grote ijzerkern • Elliptische baan ! spin-rotatie periode = 58 dagen, jaar duurt 88 dagen. Zon staat stil aan de hemel tijden perihelium ! 1 dag duurt 176 dagen! • Nachtzijde een van koudste plekken in zonnestelsel • Precessie van de baan verklaart met relativiteittheorie Ons Zonnestelsel De rotsachtige planeten Venus • • • • • • • Even groot als de Aarde Draait in 225 dagen om de zon Draait in 243 dagen om haar as, in de verkeerde richting! Atmosfeer van koolstofdioxide (96%) Dik wolkendek van zwavelzuur Atmosfeer circuleert in maar 4 dagen om de planeet. Geologisch aktief (vulkanen maar geen plaattektoniek) Enorm broeikaseffect! Teq = 230 K (-43 Celsius) Topp= 643 K (470 Celsius) Russische Venera Aarde ! +30 C Venus ! +500 C Broeikaseffect Ondoorzichtig voor infraroodstraling ! warmt op ! straalt terug naar oppervlak Thermische straling zwartlichaam ! infrarood! Ons zonnestelsel De rotsachtige planeten Mars • • • • • Dunne atmosfeer (CO2, 1% aardse luchtdruk) Lage massa(1/10 v. Aarde), geen magnetosfeer Rode kleur door ijzeroxyde (roest) Poolkappen van waterijs en CO2-ijs Ook grote hoeveelheden waterijs in de grond NASA Olympus Mons – grootste vulkaan in het zonnestelsel Valles Marineris Geologisch bewijs voor vloeibaar water Invloed van Jupiter Mars Global Surveyor Ook op aarde ! cyclische ijstijden Klimaat van Venus en Mars belangrijk voor begrip van global warming op Aarde Ons zonnestelsel Jupiter • • • • • Grootste planeet van zonnestelsel 10x straal, 310x massa van Aarde Draait in 10 uur om as… Karakteristieke wolkenbanden Eeuwigdurende storm ter grootte van Aarde – Great Red Spot! De gasreuzen Ons zonnestelsel De gasreuzen Jupiter • Interne structuur, geschat uit chemische samenstelling, zwaartekrachtwerking, seismische golven • ijl ringensysteem (als alle gasreuzen) NASA, Frederick Beuk Ons zonnestelsel De gasreuzen Manen van Jupiter • Vier Galileïsche manen hebben baanresonanties en worden ‘warm’ gehouden. Vulkanisme op Io Oceaan onder Europa? Ons zonnestelsel Jupiter en komeet Schoemaker-Levy 9 De gasreuzen Ons zonnestelsel Saturnus Ringen De gasreuzen Saturnus 20 meter dik! Onstaan: botsing van een maantje met asteroide? Ons zonnestelsel Saturnus De gasreuzen Ons zonnestelsel Saturnus Cassini De gasreuzen Ons zonnestelsel De gasreuzen Saturnus maan Titan Enige maan in ons zonnestelsel met een atmosfeer, gesluierd in wolken tot de Cassini-Huygens missie! 900 km dikke atmosfeer ! 1.5 bar aan druk aan de grond Atmosfeer van vooral stikstof (net als Aarde) Methaan-cycles als aards water-cyclus: regen, wind, duinen, rivieren, meren, cryovulkanisme(?) Ons zonnestelsel Saturnus maan Titan De gasreuzen Ons zonnestelsel De gasreuzen Uranus en Neptunus Uranus Neptunus Uranus hoge obliquiteit Eerste planeten ontdekt met de telescoop Ons zonnestelsel de planetoidengordel Planetoiden, kometen en dwergplaneten Ons zonnestelsel de planetoidengordel planetoiden, kometen en dwergplaneten Ons zonnestelsel planetoiden, kometen en dwergplaneten Aardscheerders – Near Earth Objects Meteoriet: 17m doorsnede, 11,000 ton 550 kTon TNT ! 20-30x Hiroshima bom Ons zonnestelsel Planetoiden, kometen en dwergplaneten Pluto en de Kuipergordel NASA’s New Horizon Mission naar Pluto Ons zonnestelsel Planetoiden, kometen en dwergplaneten Kometen en de Oortwolk ESA’s Rosetta Missie: November 2014 ! landing op komeet Churyumov–Gerasimenko Extrasolaire Planeten Methoden • Afstanden tot de dichtstbijzijnde sterren zijn >100,000x groter dan tot planeten in ons zonnestelsel • Stralen zelf nauwlijks licht uit ! miljoenen/miljarden keren zwakker dan moederster • Indirecte methoden leveren eerste bewijzen voor exoplaneten (1992-1995) Extrasolaire Planeten Methoden Vster M plan = V plan M ster Radiele snelheidsmethode: ster en planeet draaien om gemeenschappelijke zwaartepunt. De verandering in de radiele component van de snelheid van de ster kan worden gemeten dmv het Doppler effect. € 2π × 150 × 10 6 km Vaarde = = 30km /s Zon is 333.000x zwaarder ! 9 cm/s 365 × 86400s V jup = 13km /s Zon is 1.000x zwaarder ! 13 m/s Extrasolaire Planeten Methoden Astrometrie: ster en planeet draaien om gemeenschappelijke zwaartepunt. De schommeling aan de hemel van de ster kan worden waargenomen dmv astrometrie. Methode is nog niet erg succesvol. ESA missie GAIA: 3D kaart van de melkweg Beweging van de zon rond het zwaartepunt van het zonnestelsel ! 1/1000ste boogseconde op 10 parsec Extrasolaire Planeten Methoden Timing (Pulsars): ster en planeet draaien om een gemeenschappelijk zwaartepunt. Een pulsar is een aparte ster die als een klok werkt (zie later in college). Doordat de pulsar dichterbij en verder weg staat loopt die klok regelmatig voor en achter in tijd. De eerste exoplaneten zijn op deze manier gevonden Extrasolaire Planeten Methoden Transit methode: als de orientatie van de planeetbaan precies goed is zien we de planeet voor de ster langs schuiven !een planeetovergang (Engels: transit) R planeet 2 ΔF = 2 Rster € Extrasolaire Planeten Methoden Duizenden planeetovergangen ontdekt met satellieten French/ESA CoRoT Missie NASA Kepler missie Kepler-11 ! 5 planeten, waarvan 5 binnen de baan van Mercurius! Combinatie van transit methode en Doppler methode geeft grootte en massa van een planeet ! gemiddelde dichtheid (rotsachtig of gas-achtig?) Extrasolaire Planeten Methoden Direct Imaging: het direct waarnemen van een exoplaneet dmv heel scherpe fotos. Adaptieve optiek + coronograaf (licht van de ster wordt zoveel mogelijk verduisterd). Werkt vooral goed bij jonge planeetsystemen die nog warm zijn van formatie Extrasolaire Planeten statistiek Exoplaneet statistieken: Hoe bijzonder is ons zonnestelsel? ! >1 op 10 sterren heeft een gasreus zoals Jupiter. ! >1 op 3 sterren heeft een planeet zoals Neptunus ! meeste sterren hebben rotsachtige planeten. Exacte kopie van ons zonnestelsel is waarschijnlijk wel zeldzaam Extrasolaire Planeten Methoden Zoektocht naar buitenaards leven ① Gassen waargenomen zoals water, koolstofmonoxide ② Warmteverdeling op planeten ③ Wind-systemen ④ rotatie Extrasolaire Planeten Zoektocht naar buitenaards leven Samenstelling van Aardse atmosfeer verraadt biologische aktiviteit. Kunnen we dit in de toekomst ook op exoplaneten waarnemen? Samenvatting – College 4 • Behandelde onderwerpen: - Mars, water, marsklimaat, Jupiter, Europa, Saturnus, ringen, titan, Uranus, Neptunus, planetoidengordel, kometen, Pluto en de Kuipergordel, de Oortwolk, aardscheerders, exoplaneten, de Doppler methode, transit-methode, astrometrie, pulsar timing, astrometrie, direct imaging, exoplaneten statistiek, exoplaneet-atmosferen, zoektocht naar buitenaards leven. • Vraagstukken die je nu zou moeten kunnen behandelen: - Waar worden openingen (gaps) in de Saturnusringen door veroorzaakt? - Wat is de ‘Great Red Spot’ op Jupiter? - Wat is er interessant aan de Jupitermaan Europa? - Wat is er interessant aan Saturnusmaan Titan? - Hoe werkt de radiele snelheidsmethode (Doppler methode)? - Hoe werkt de transitmethode? - Bereken met transit-methode de grootte van de planeet. - Hoe zou je buitenaards leven kunnen herkennen op een exoplaneet?
© Copyright 2024 ExpyDoc
