7.10 Planeettojen magnitudit

Transkriptio

1 7.10 Planeettojen magnitudit Edellä vuontiheyden kaava (*) F(α) = CA 4π Φ(α) L i 2 Sijoitetaan C = 4/q, A = pq, F = p π Φ(α) 1 2 L R 2 4r 2 L i = L R2 4r 2 Planeetasta heijastunut vuontiheys etäisyydellä r Auringosta, kun planeetan etäisyys Maasta on Verrataan tätä Aurinkon säteilyvuon tiheyteen etäisyydellä a=1au F = L 4πa 2 Vuontiheyksien suhde F = pφ(α)r2 a 2 F 2 r 2 = Φ(α) pr2 a 4 a 2 2 r 2 Tähtitieteen perusteet 2, Luento 2, Vuontiheyksien suhde F F = Φ(α) pr2 a 2 a 4 2 r 2 Muutetaan magnitudeiksi, merkitään m = Auringon magnitudi 1 AU etäisyydellä m m = 2.5 log 10 F F = -2.5 log 10 pr 2 a log 10 r a log 10 Φ(α) m = V (1, 0) + 5 log 10 r a log 10 Φ(α) missä V (1, 0) = m 2.5 log 10 pr 2 a 2 planeetan absoluuttinen magnitudi Termi V (1, 0) kuvaa planeetan ominaisuuksia (koko, geometrinen albedo) Asetetaan r = =1Au, α = 0 m = V (1, 0) eli V (1, 0) = planeetan näennäinen magnitudi oppositiossa, jos sitä havaittaisiin ja valaistaisiin 1 AU etäisyydeltä Termi 5 log r 10 a2 etäisyyden vaikutus Termi 2.5 log 10 Φ(α) vaihefunktion vaikutus Tähtitieteen perusteet 2, Luento 2,

2 Eo kaavoista voidaan ratkaista geometrinen albedo 2 p = r 0.4[m(0 ) m ar 10 ] missä m(0 ) on magnitudi oppositiohetkellä Planeetan vaihekäyrä Yleensä havaintoa ei tehdä oppositiossa mittaukset antavat absoluuttisen magnitudin V (1, α) vaihekulmalla α V (1, α) V (1, 0) 2.5 log 10 Φ(α) = m(α) 5 log 10 r a 2 Mittaukset eri α vaihekäyrä Muoto hyvin erilainen riippuen onko planeetalla ilmakehää vai ei: Ilmakehä heijastus liki isotrooppista Vuontiheys riippuu valaistuna näkyvän osan pinta-alasta (kts. Tähtitieteen perusteet esim. 7.4) Ilmakehätön kappale: heijastuminen voimakasta valon tulosuuntaan oppositiokirkastuminen (kertoo pinnan rakenteesta) Tähtitieteen perusteet 2, Luento 2, Oppositioefekti Vaihekäyrässä piikki kun α 0 Kuu, asteroidit (esim. 44Nysa) Saturnuksen renkaat Polarisaatioaste riippuu myös vaihekulmasta Tähtitieteen perusteet 2, Luento 2,

3 Tähtitieteen perusteet 2, Luento 2, Tähtitieteen perusteet 2, Luento 2,

4 7.11 Planeettojen Lämpötilat Planeetan lämpötila määräytyy miten hyvin se absorboi Auringon valoa Bondin albedo A absorboituu 1 A Auringon säteilemä vuo: Stefan-Boltzmann laki L = 4πR 2 σt 4 Planeetan etäisyydellä r absorboima vuo: L abs = L (1 A) πr2 4πr 2 = R 2 σt 4 πr 2 r 2 (1 A) Termisessä tasapainossa T planeetta emittoi saman määrän energiaa mitä se absorboi L emit = ALA σt 4 jossa ALA = säteilevä pinta-ala Tasapainossa L abs = L emit ratkaistaan lämpötila Jos planeetta ei pyöri tai pyörii hitaasti lämpö säteilee vain valaistulta pinnalta, ALA= 2πR 2 T = T 1 A 2 1/4 R r «1/2 Jos planeetta pyörii nopeasti lämpö säteilee koko pinnalta, ALA= 4πR 2 «T = T 1 A 1/4 1/2 R r 4 HUOM: planeetan koko eliminoituu kaavoista (luonnollista) Tähtitieteen perusteet 2, Luento 2, Miten hyvin pätee käytännössä? useimmilla ok Venus: kasvihuoneilmiö Voidaan hyödyntää TNO kohteiden koon määrityksessä (eivät näy pintakohteina) Neptunuksen etäisyydellä 30AU: halkaisija 1000km vastaa 0.05" Wienin siirtymälaki λmax 1/T (IR-alueessa) T Etäisyys KIII laista. Eo Kaavat Bondin albedo A Arvio vaihefunktiolle q geometrinen albedo p = A/q magnitudi oppositiossa läpimitta R Tähtitieteen perusteet 2, Luento 2,

5 7.12 Merkurius Sisäplaneetta: näkyy aina lähellä Aurinko (max 28 astetta) Samanlaiset vaiheet kuin Kuulla Pyöriminen: pyörähdysaika 58.6 vrk = 2/3 * kiertoaika 88vrk kääntää vuorotellen eri puolen Aurinko kohti perihelissä ( spin-orbit resonance ) Radan perihelin kiertymä: 575"/vuosisata planeettojen häiriöt selittävät 532"/vuosisata puuttuva 43"/vuosisata selittyy yl. suhteellisuusteorian avulla 1800 luvulla spekuloitiin: Vulkanus, Auringon litistyneisyys? Tähtitieteen perusteet 2, Luento 2, Venus Max elongaatio Auringosta 47 astetta Vaiheet kuten Kuulla Kirkkaimmillaan m = 5 kun pinnasta valaistuna 35% Kulmaläpimitta 10-60" (näkyy levynä kiikarilla) Paksun pilvipeitteen peitossa C0 2, pilvet rikkihappoa 750 K, 90 bar Pinta kartoitettu tutkahavainnoilla (1962) + luotaimet Venus pyörii retrogradisesti pyörähdysaika 243 vrk (pitempi kuin kiertoaika) syy epäselvä Auringon vuorovesivoimat ilmakehässä, Venus-Maa kytkentä? Vulkaanista toimintaa (tn. yhä aktiivista) laavan peittämät tasangot 90 ylängöt (Terra) kraatereita kuten maapallolla (eroosio hävittää pienet) Ei vettä IAU-nimeämispäätös: mytologiset ja historialliset naisten nimet esim. Ishtar Terra, Aphrodite Terra ylängöt poikkeus: Maxwell Montes vuoristo 11km Tähtitieteen perusteet 2, Luento 2,

6 7.14 Mars Lähin ulkoplaneetta oppositiossa miljoonaa km läpimitta n. puolet Maasta Pyöriminen lähes kuin Maa (24.5h, ǫ = 25 ) Napakalotit: vesijää, C0 2 jää pölymyrskyjä Punainen väri:rautaoksidi Merkkejä vedestä: jokiuomia ( channels ) lämpötila liian alhainen juoksevalle vedelle Viking 1 ja etsivät merkkejä mikrobeista: EI? Aurinkokunnan suurimmat tulivuoret Olympos Mons 20 km, halkaisija 600 km Tähtitieteen perusteet 2, Luento 2, Marsin kanavat (canals): Schiparelli 1877, Lowell 1900lla optinen illuusio (ei mitään yhteyttä channels ) Marsin kuut: Phobos (Pelko) 27 x 21 x 19 km Deimos (Kauhu) 15 x 12 x 11 km pieniä epäsäännöllisiä (asteroidien kaltaisia) Tähtitieteen perusteet 2, Luento 2,

7 7.15 MAA-KUU kaksoisplaneetta Kuun massa 1/81 Alkuperä: törmäys 4 miljardia vuotta sitten Maa osittain differentioitunut, Kuu syntynyt Maan vaipasta Pinta törmäyskraatereiden peitossa 10 metrin regoliittikerros (ei merkkiä tulivuorista) Mantereet (Terra) (vaaleat alueet) Meret (Mare) (tummat alueet) suurien meteori-iskujen vapauttamaa laavaa Tähtitieteen perusteet 2, Luento 2, Vuorovesi-ilmiö Kuun painovoima Maahan: suurempi lähempänä olevaan puoliskoon heikompi kauempana olevaan puoliskoon pyrkii aiheuttamaan Maan venymisen Huom: symmetrinen Maan keskipisteen suhteen «Fnear F center = Gm (x R) 2 Gm x 2 = Gm x 2 1 (1 R/x) 2 1 F far F center = Gm (x+r) 2 Gm x 2 = Gm x 2 «1 (1+R/x) 2 1 Gm x2 (1 + 2R/x 1) = 2GmR x 3 Gm x2 (1 2R/x 1) = 2GmR x 3 HUOM: varo verkon vääriä selityksiä! Helsingin yliopiston soveltavan kasvatustieteen laitos Tähtitieteen perusteet 2, Luento 2,

8 Kuun vuorovesi-ilmiön vaikutus meriin: (n. puolen vrk jaksoissa) nousuvesi (vuoksi) laskuvesi (luode) Maksimissaan 15m, Oulun edustalla mitätön Auringon vuorovesi (amplitudi 1/3) Vuorovesistä aihautuu kitkaa kuluttaa Maa-Kuu parin kokonaisenergiaa Kuu etääntyy Maasta Miksi Kuu etääntyy kokonaisenergian pienenetyessä? (Etääntyminen merkitsee sitä,että isoakseli kasvaa, rataenergia 1/2a kasvaa!) Energia otetaan maan pyörimisestä: Vuorovesi-pullistuma ei osoita Kuuta kohti, vaan edistää hieman, koska Maan pyöriminen kuun kiertoliikettä nopeampi Pullistuma kohdistaa Kuuhun voiman joka pyrkii kiihdyttämään sitä radallaan (lisää rataenergiaa) Ja hidastamaan samalla Maan pyörimistä (josta energia otetaan) Maan pyöriminen hidastuu msek/vuosisata (loppuu kun Maan pyöröhdysaika = kuukausi) Kuu etääntyy 3 metriä/vuosisata Kuun synkroninen pyöriminen: Maan kuuhun kohdistama vuorovesivoima Tähtitieteen perusteet 2, Luento 2, Jupiter Aurinkokunnan ylivoimaisesti suurin planeetta (2.5 kertaa massiivisempi kuin muut yhteensä) näennäinen läpimitta 50" Pilvimuodostelmat: vaaleat vyöhykkeet (zone) kaasun virtaus ulospäin tummat vyöt (belt) kaasun virtaus sisäänpäin Suuri punainen pilkku = 3 kertaa Maan halkaisija oleva pyörre ens. havainto: Cassini v Pyörähdysaika hitaampaa navoilla (9h55m) kuin ekvaattorilla (9h50m) = differentiaalinen pyöriminen nopea pyöriminen litistinyt 1/15 Tähtitieteen perusteet 2, Luento 2,

9 Jupiterin renkaat löydetty 1979 (Voyager 1) Muodostuneet pölystä: muutaman µm kokoisia kappaleita, eli lähellä valon aallonpituutta voimakkaasti takaisinsirottavia, eli rengas nykyy parhaiten 180 vaihekulmilla, pitkin rengastasoa katsottaessa Pölyrenkaat eivät ole stabiileja, uutta pölyä irtoaa Jupiterin sisimmistä kuista Rengaat/Kuut Jupiterin magnetosfäärin sisällä vaikuttaa varattujen hiukkasten liikkeeseen Galileo-luotaimen kuvista koottu mosaikki Jupiter on voimakas radiosäteilijä: terminen säteily mm-cm alueella ei-terminen desimetri-säteily: magneettikentässä kiertävät elektronit (synrotronisäteily) dekametri-purkaukset (Jorma Riihimaa Oulussa alan pioneeri 1970lla)- littyvät Io-kuun radalla olevaan plasmarenkaaseen Tähtitieteen perusteet 2, Luento 2, Galilean satellites (Galilei 1610) Kiertoajat lukkiintuneet 1:2:4 resonanssiin λ Io 3λ Europa + 2λ Ganymedes = 180 eivät voi olla yhtäaikaa samalla longitudilla pakottavat Io:n eksentriselle radalla, Jupiterin vuorovesivoima voimakas Europan sisärakenne: vettä 2-kertainen määrä Maan meriin ESA luotain: JUpiter ICy Moon Explorer (JUICE) (2022) NASA: Europa Clipper (launch 2023) Tähtitieteen perusteet 2, Luento 2,