Water in de ruimte Waar komt het water in onze oceanen vandaan? Ewine F. van Dishoeck Sterrewacht Leiden www.strw.leidenuniv.nl/WISH Ons zonnestelsel Zon= Ster Planeten Wikipedia.org Sinds 1995, >1000 exoplaneten ontdekt rond andere sterren dan de Zon Waarom water? Chemie van leven speelt zich af in water Onze cellen zijn voornamelijk water Leven ontstaat in water Geologie en klimaat van onze aarde (en dat van exo-planeten) wordt bepaald door water …… Water: 2 H + O In den beginne: de Big Bang Vorming waterstof Expansie heelal => afkoelen quark soep zodat protonen en neutronen gevormd kunnen worden, en uiteindelijk atomen (1 minuut na oerknal) Oerknal produceert alleen H, D, He en Li, niet de zwaardere elementen zoals O NASA/WMAP Daarna? Fluctuaties in oersoep De donkere eeuwen: Het illuminatie tijdperk: De eerste sterren Grote H wolken Vandaag Vorming van melkwegstelsels Kernfusie in sterren: Vorming O Wikipedia.org 12C + 4He → 16O Verre melkwegstelsels NASA/ESA/StScI Teplitz et al. 2014 Bouwens et al. 2011 - Sommige van deze melkwegstelsels zijn ontstaan toen heelal nog maar 5% van huidige leeftijd had - In deze melkwegstelsels wordt al zuurstof en moleculen (incl. water) gevonden! Wij zijn sterrenstof Crab nevel Kernfusie leidt tot vorming zwaardere elementen zoals O Deze elementen worden aan het einde van het leven van een (zware) ster de ruimte in geslingerd Dit gebeurt overal in onze Melkweg en zelfs in de eerste melkwegstelsels SN restant ESO Waar wordt water gemaakt? H2 CO NH3 Stof met ijsmantels CO H2O CH3OH H2O? 0.3 mm T~10 K n ~10000 cm-3 ESO Veel moleculen vastgevroren op de stofdeeltjes Waterijs CH3OH 2-30 H2O 100 CO 10-200 CO2 20-40 CH4 3-10 NH 3 3-8 H2O 100 Boogert et al. 2004 Fig. by S. Bottinelli Vorming van water op stofdeeltjes Filmpje, gebaseerd op laboratorium metingen in het Sackler lab Water moleculen in uw lichaam zijn al 4.5 mijard jaar geleden gevormd Welke vorm heeft water? Gas Vloeistof Alleen onder hoge druk, niet in de interstellaire ruimte Ijs Merkwaardige eigenschappen water Ijs drijft op vloeibaar water Water kookt bij hoge temperatuur (voor zijn massa) Water is uitstekend oplosmiddel Al deze eigenschappen zijn gevolg van waterstofbrugnetwerk Wikipedia.org Waterijs structuur Andersson et al. 2006 Waterstofbruggen Vorming sterren en planeten B. Saxton NRAO De water jager: Herschel Space Observatory HIFI instrument SRON PI, Th. De Graauw Lancering 14 mei 2009 - 2013 Heterodyne spectroscopie 550-1950 GHz => hoge gevoeligheid Veel water gas lijnen!!! ESA 3.5 m Water In Star-forming regions with Herschel The WISH team Leiden, April 2010 Frascati, October 2014 425 hr guaranteed time program 70+ scientists from 30 institutions (PI: EvD) 60 refereed papers Summary in van Dishoeck et al. 2011, PASP Bergin & van Dishoeck 2012, van Dishoeck et al. 2013, Chem. Rev. , 2014 PPVI HIFI resultaten: Veel waterdamp bij jonge sterren Zon-achtige sterren Spitzer background NGC 1333 Kristensen et al. 2010 Eerste waterkaart van een protoster 3’ Nisini et al. 2010 Water in de straalstroom (‘jet’) van protoster Eerste detectie water reservoir in schijf Herschel-HIFI NASA/Spitzer/R. Hurt animation Schijf heeft voldoende water voor 6000 oceanen Hogerheijde et al. 2011, Science Vorming van planetesimalen Stofdeeltjes (inclusief water) klitten aan elkaar tot grotere deeltjes ESO Wikipedia.org Van stofdeeltjes tot planetesimalen tot embryos tot planeten stof, bakstenen < meters Planetesimalen kilometers Water ijs versnelt coagulatie Planeet embryos Maan (1 AU)-to-Mars (2 AU) grootte NASA J. Lunine Water reservoirs in ons zonnestelsel Aarde Morbidelli et al. 2012 vD et al. 2014 - Aarde heeft > 10x zoveel water als verwacht image credit: NOAO + Jack Cook (Woods Hole) & Howard Perlman (USGS) Alles bij-elkaar heeft aarde niet zoveel water 71% oppervlak bedekt met water Volume 1.4x109 km3 Hoe komen water-rijke planetesimalen bij aarde? J S Water rijk Eccentriciteit Water arm Asteroide Gordel Droog Aarde Nat Afstand tot ster Grand Tack scenario Walsh et al. 2011 vD et al. 2014 Kometen: ijzige rotsblokken Bodes uit ons vroege zonnestelsel E. Kolmhofer, H. Raab www.sternwarte.at Chemische samenstelling vergelijkbaar met interstellaire ijzen Hebben kometen water op aarde gebracht? HDO/H2O? HDO/H2O in komeet Hartley 2 HIFI ESA/NASA/ Herschel Hartogh et al. 2011, Nature Oorsprong water op aarde? ESA/NASA/Herschel Zelfde verhouding: HDO/H2O=1.5 10-4 HDO/H2O als diagnostiek oorsprong water Kometen M. Persson vD et al. 2014 Is HDO/H2O al bepaald in de wolk voordat stervorming begon? ‘Water is ouder dan de zon’ (Cleeves et al.) Hebben andere planeten ook water? NASA/ESA Bewoonbare zone ESO Aarde ligt in de ‘bewoonbare zone’ met temperaturen waarbij water vloeibaar is Toekomstige telescopen NASA James Webb Space Telescope ~6 m diameter 2018 European Southern Observatory (ESO) European Extremely Large Telescope ~39m diameter ~ 2024 ESO ALMA: Inzoomen op stervorming Inauguratie 13 maart 2013 ESO/NRAO/NAOJ Samenvatting Water wordt overal in de donkere wolken in de ruimte gevormd Wolken storten ineen om nieuwe sterren en planeten te vormen Meeste jonge sterren hebben voldoende materiaal om planetenstelsel te vormen Water kan door inslagen van kometen en asteroiden op nieuwe planeet worden gebracht Rosetta missie gaat ons meer over ons vroege zonnestelsel leren Rosetta: landen op een komeet Woensdag 12 november 2014 Rosetta op weg naar komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko Zie filmpje ‘12 years in space’ Periodieke komeet iedere 6.45 jaar ESA-Rosetta Sci.esa.int/rosetta Veel instrumenten aan bood van orbiter en lander om komeet te bestuderen Instrumenten op orbiter Ion analyzer Dust analyzer Dust imaging Mass spectrometer Mm spectroscopy Radio Sounding Plasma O/IR spectroscopy O/IR imaging UV spectroscopy Plasma magnetism Komeet 67 p/C-G ‘De Eend’ ESA-Rosetta Diameter ~4km Blow-up Landing site Kometen zijn zwart! Object Albedo Enceladus 1.0 Aarde 0.31 Maan 0.12 Rosetta 0.06 Dichtheid: ~0.4 gr cm-3 → zeer poreus, mix van rots en ijs Geur van rotte eieren..... Bepaling HDO/H2O Rosetta landing Zie filmpje Signaal neemt 28 min om op aarde te komen Instrumenten op de lander Veel succes Rosetta! sci.esa.int/rosetta Acknowledgments • Figuren en filmpjes van: – European Southern Observatory www.eso.org – NASA/Hubble Space Telescope hubblesite.org – NASA/Spitzer Space Telescope www.spitzer.caltech.edu – ESA/Herschel Space Observatory herschel.esac.esa.int – Atacama Large Millimeter array – www.almaobservatory.org – ESA Rosetta mission to comet sci.esa.int/rosetta/ Links naar filmjes • http://www.spitzer.caltech.edu/video-audio/691-ssc2004-08v3Forming-a-Planetary-Gap • http://www.spitzer.caltech.edu/video-audio/689-ssc2004-08v2-IcyOrganics-in-Planet-Forming-Disks • http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2010/29/video/a/ • http://www.almaobservatory.org/en/visuals/videos?start=22 • http://www.spitzer.caltech.edu/video-audio/722-ssc2004-17v1When-Worlds-Collide • Rosetta: zie ESA Rosetta website • Vorming water op stofdeeltjes: zie WISH website, klik op outreach
© Copyright 2024 ExpyDoc
