Aurinkokunnan ylivoimaisesti suurin planeetta (2.5 kertaa massiivisempi kuin muut yhteensä) näennäinen läpimitta 50"

Transkriptio

1 7.16 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, Luento 11,

2 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 stabiileeja, uutta pölyä irtoaa Jupitetin 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, Luento 11,

3 Galilean satellites (Galilei 1610) Kiertoajat lukkiintuneet 1:2:4 resonanssiin λ Io 3λ Europa + 2λ Ganymedes = 180 eivät voi olla samalla yhtäaikaa 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) Ganymede-kiertolainen (2033), Europa, Kallisto Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

4 7.17 Saturnus Läpimitta 10 Maa, massa 100 Maa tiheys vain 0.7 veden tiheydestä Huomattavin piirre: renkaat Galilei 1610: symmetrisiä satelliitteja? Huygens 1655: planeetan ympärillä renkas Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

5 Saturnus säteilee lähes 3 kertaa enemmän kuin saa energiaa Auringosta, energia peräisin He hitaasta vajoamisesta Pilvikerros piirteettömämpi kuin Jupiterilla Nopea pyöriminen (10h40m) litistyneisyys 1/10 Kaikkiaan tällä hetkellä tunnetaan 62 satelliittia, mm. Rengaskuut: Atlas, Prometheus, Pandora Ko-orbitaalipari Janus-Epimetheus (tiheys n. puolet veden tiheydestä) Jäiset kuut: Enceladus, Tethys Enceladus, jäinen kuu: tiger stripes Titan, typpi/metaani atmosfääri, metaani/etaani järviä syöksee hiukkasia/höyryä Cassini-luotain asettui kiertoradalle 2004 Huygens-laskeutuja Titanin pinnalle 2007 (ens. kuva ohessa) Saturnuksen renkaat: ainutlaatuinen dynamiikan laboratorio makroskooppisia (cm -m) kokoisia jäisiä partikkeleita: ulkohalkaisija lähes km. kappaleet lähes ympyräradalla, paksuus 10 metrin luokkaa rengaspartikkelit törmäävät jopa 1h välein, törmäysnopeus luokkaa mm/sec rengaskappaleiden keskinäinen gravitaatio satelliittien renkaissa aiheuttamat häiriöt tiheysvaihtelut? alkuperä - Rochen raja? Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

6 Tähtitieteen perusteet esimerkki 7.5 Rochen raja oikea: 2Gm 2 /4r 2 oikea: 16 8 tarkkaan ottaen yhtäsuuri voima kohdistuu molempiin Identtiset, ei pyörivät kappaleet R R plan > 8ρplan ρ «1 «1 3 ρplan 3 = 2 ρ Identtiset, synkronisesti pyörivät kappaleet (keskipakoisvoima) R R plan > 12ρplan ρ «1 «1 3 ρplan 3 = 2.29 ρ Pieni suuren pinnalla, ei pyörivät kappaleet R R plan > 2ρplan ρ «1 «1 3 ρplan 3 = 1.26 ρ Pieni suuren pinnalla, synkronisesti pyörivät kappaleet R R plan > 3ρplan ρ «1 «1 3 ρplan 3 = 1.44 ρ Roche 1850: Klassinen Rochen raja Planeettaa lähestyvä nestemäinen kappale hydrostaattinen tasapaino: ekvipotentiaalipinta ellipsoidi Rochen rajan sisäpuolella ei suljettua pintaa hajoaa «1 R ρplan 3 > R ρ plan sijoitetaan: ρ plan = 700, ρ = 900 (jää) R plan = km km Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

7 Mitä tapahtuu Saturnuksen renkaissa Rochen rajan sisäpuolella: ă Kappaleiden keskinäinen gravitaatio Törmäykset kappaleiden välillä Planeetan vuorovesivoima gravity wake hienorakenne (Cassini vahvistanut) Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

8 7.18 Uranus William Herschel 1781 Piirteetön ulkonäkö vierii pitkin rataansa 98, akseli vinossa Renkaat: 1977 tähdenpeittohavainnot Kapeita, tummia Makroskooppisia kappaleita + pölyä Aneeminen versio Saturnuksen renkaista vasen kuva α 180 oikea kuva α 0 Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

9 7.19 Neptunus Löydettiin 1846 Uranuksen radassa havaittujen häiriöiden perusteella (Le Verrier, Adams ennustivat, Galle havaitsi) Kaasukehässä enemmän piirteitä kuin Uranuksella Suuri tumma pilkku pilviä Neptunuksen renkaat koostuvat pölystä (näkyvät eteenpäin sirottuneessa valossa) Adams-rengas sisältää tihentymiä: Fraternité, Égalité, Liberté, Courage differentiaalisen rotaation pitäisi hajottaa rihentymät muutamassa viikossa, säilyneet yli 30 vuotta lähteenä renkaissa kiertävät makroskooppiset kappaleet? (Näiden radan stabiloi läheiset kuut+ keskinäinen gravitaatio) Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

10 7.20 Aurinkokunnan pienkappaleet asteroidit, komeetat, meteoroidit, pöly Asteroidit: Etupäässä Jupiterin ja Marsin ratojen välissä 2.1 AU AU Ceres löydettiin 1801, säde 933 km Troijalaiset asteroidit: Jupiterin L 4 ja L 5 pisteissä Apollo-Amor asteroidit (radat ulottuvat Maan ja Marsin ratojen sisäpuolelle) Kaukaiset asteroidit esim Chiron Saturnus/Uranus etäisyydellä Kirkwoodin aukot (1857): Asteroidit välttävät alueita, joissa kiertoaika kokonaislukusuhteessa Jupiterin kiertoaikaan resonanssi voimakkaat häiriöt Hirayama-asteroidiperheet (1918): samankaltaiset eksentrisyydet/inklinaatiot peräisin hajonneesta emokappaleesta esim. Themis, Eos, Flora Kaksoisasteroidit hyvin yleisiä (törmäysalkuperä) Luokittelu: C-asteroidit: tummia, runsaasti hiiltä (p muutamia prosentteja) differentioitumattomia: hyvin vanhaa alkuperää, muistuttaa kivimeteoriitteja S-tyyppi: muistuttaa kivi-rauta meteoriitteja Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

11 7.21 Komeetat/TNO Görand Strand: m31 & Comet PanSTARSS Whipple 1955: likaisia lumipalloja Lähellä Aurinkoa höyrystyy Auringon säteilypaine kaareva pölypyrstö suora plasmapyrstö Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

12

13 Oortin pilvi Peräisin Aurinkokunnan synnyn aikana singonneista kappaleista Kuiper-Edgeworth vyöhyke Kappaleet säilyneet syntyalueellaan Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

14 7.22 Aurinkokunnan synty Kosmogonia - tutkii Aurinkokunnan syntyä Syntyteorian selitettävä mm: (Huom: lista pohjautuu omaan Aurinkokuntaamme!) Liittyen ratoihin, pyörimiseen: - Planeettojen radat melkein samassa tasossa, lähellä Auringon ekvaattoritasoa. - Planeettojen kiertosuunta samaan suuntaan kuin Aurinko pyörii - Planeettojen oma pyöriminen samaan suuntaan kuin kiertävät (Venus, Uranus poikkeuksia) - Eksentrisyydet ovat pieniä - Etäisyydet planeettojen välillä kasvavat progressiivisesti - Planeetoilla 99% kokonaisimpulssimomentista, massa vain 0.15% Koko ja tiheys: - Maankaltaiset planeetat (rauta, kivi) lähellä Aurinkoa - Jupiter/Saturnus etupäässä H+HE - Uranus/Neptunus jäätä/kiveä Historiaa: Kant 1755 Nebulaarihypoteesi: tiivistyminen pyörivästä kaasu ja pölypilvestä kuten nykyinen käsitys: planeettojen synty osa tähden syntyprosessia Laplace 1796: Auringon kutistuminen, keskipakoisvoima irrotti renkaita Buffon 1745: komeetta törmännyt Aurinkoon. Myöhemmmät mallit: toisen tähden läheinen ohitus katastrofiteoriat seurausta harvinaisesta tapahtumasta, nykyisin hylätty Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

15 Linnunrata n. 10 miljardia vuotta Aurinko 4.6 miljardia vuotta proplydit: tähtiä ympäröivät kaasu ja pölykiekot Pilven luhistuminen: marginaalisesti stabiili pilvi kulkee spiraalihaaran läpi? läheinen supernova? Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

16 Pilven keskiosa kutistuu nopeimmin. Lämpötilan nousu Törmäykset: kappaleet menettävät energiaa, liittyvät yhteen Pilven pyöriminen kertyvät samaan tasoon (säilyttävät L z ) kasautuminen nopeutuu planeetta-alkion koon kasvaessa run-away growth Riittävän suuri kappale pystyy keräämään myös kaasua Fuusion käynnistyminen keskustähdessä Voimakas tähtituuli kaasu, pöly häviää Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

17 Koostumus: Aurinkokunnan sisäosissa jää/kaasu eivät voineet sitoutua planeetoiksi (Marsiin saakka) Jupiter/Saturnus jäisiä kappaleita syntyi satelliittisysteemit lämpötila riittävän alhainen kaasun keräämiseen Nizzan malli: Neptunus syntyi Saturunuksen ja Uranuksen välissä Jupiterin häiriöt Uranus/Neptunus vaihtoivat paikkaa suuri meteori-pommitus (esim Kuun meret) Ylijääneet planetesimaalit sinkosivat Aurinkokunnan ulko-osiin (esim. Oortin pilvi) Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

18 8. Tähtien spektrit spektri: jatkuva spektri (kontinuumi) emissio/absorbtioviivat absorbtioviivat tähden lämpötila, massa, kemiallinen koostumus Spektrien luokittelu viivojen voimakkuuden perusteella Fraunhofer 1814: tummia viivoja (Fraunhoferin viivat A, B, C, D, E,...) Kirchhoff, Bunsen 1859: tulkinta Auringon atmosfäärin alkuaineiden avulla esim. D = Na, E = Fe He löytyi Auringon spektristä 1868, laboratoriossa vasta 1895 Auringon spektri Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

19 8.1 Harwardin spektriluokittelu Henry Draper 1872: Vegan spektrin valokuvaus Harvard College 1980 : objektiiviprisma-spektrien visuaalinen luokittelu Edward Pickering Wilhelmina Fleming, Antonia Maury, Annie Jump Cannon: catalogue tähteä Luokituksen pohjana olevat viivat mittaavat lämpötilaa (Saha, Cecilia Payne 1920lla) (kuuma kaasu ionisaatio, virittyminen n > 1 tiloihin) ionisoituneen He viivat vedyn Balmer-viivat metalliviivat... Laskevan lämpötilan mukaisessa järjestyksessä: Kussakin luokassa alaluokat Lisäksi luokat: Q novat, P Planetaariset sumut, W Wolf-Rayet C, S poikkeaa M luokasta kemiallisen koostumuksen suhteen L, T ruskeita kääpiöitä Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

20 Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

21 Tähtitieteen perusteet: yksityiskohtainen luonnehdinta Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

22 Wikipediasta: 8.2 Yerkesin spektriluokittelu Harvard-luokitus: ainoastaan lämpötila Saman lämpötilan tähdillä voi kuitenkin olla erilainen luminositeetti (eri kokoisia) Morgan-Keenan-Kellmann 1943 Yerkes-luokittelu (MK-luokittelu) rakospektrejä käyttäen (parempi resoluutio) Pohjana käytetään spektriviivoja, jotka riippuvat tähden pintagravitaatiosta g = GM/R 2 Luminositeettiluokat: Ia Kirkkaat ylijättiläiset Ib Heikot ylijättiläiset II Kirkaat jättiläiset III Normaalit jättiläiset IV Alijättiläiset V Pääsarjan tähdet Esim Aurinko G2 V Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

23 Pintagravitaatio g = GM/R 2 Kääpiöiden jättiläisten massat samaa suuruusluokkaa Säteet erilaiset Jättiläistähdellä g paljon pienempi atmosfäärin tiheys alhaisempi Spektrin luminositeettiefektit iso luminosteetti (pieni tiheys) vedyn spektriviivat kapeampia ionisoituneiden alkuaineden viivat voimakkaampia saman spektriluokan tähti viileämpi, eli kontinuumi punaisempi G,K jättiläisillä CN absorbtiovyö Pekuliaariset spektrit I III Wolf-Rayet tähdet (1867) leveitä emissioviivoja, ei abs.viivoja pintakerroksensa menettäneitä tähtiä V Kuoritähdet (Be) Vedyn absorbtioviiva + heikompi emissioviiva tähden ympärillä emissoiva kaasukerros Ap-tähdet: voimakas magneettikenttä spektriviivat jakaantuneet: Zeeman ilmiö Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

24 8.2 Hertzsprung-Russell diagramma Ejnar Hertzsprung ja Henry Norris Russel 1910 Riippuvuus tähden absoluttisen magnitudin ja spektriluokan välillä = HR-diagramma Tähdet eivät jakaudu satunnaisesti: Suurin osa tähdistä sijoittuu pääsarjaan Aurinko pääsarjan keskellä punaisten jättiläisten haara asymptoottihaara horisontaalihaara liittyvät tähtien kehityksen vaiheisiin Aiemmin johdettu yhteys absoluuttisen magnitudin, lämpötilan ja tähden säteen välille: M bol M bol = 2.5 log 10 (L/L ) = 5 log 10 (R/R ) 10 log 10 (T/T ) (5.21) Jättiläiset: 100 kertaista luminositeettia samaa pintalämpötila vastaa 10-kertainen säde Ylijättiläiset: esim Betelgeuze 400-kertainen säde, luminositeetti kertainen Aurinkoon verrattuna kääpiöt valkoiset kääpiöt Tähtitieteen perusteet, Luento 11,

25