Aurinkokunta. Jyri Näränen Paikkatietokeskus, MML

Transkriptio

1 Aurinkokunta Jyri Näränen Paikkatietokeskus, MML

2 Aurinkokunta Mikä se on, miten se on muodostunut ja mitä siellä on? Miten sitä tutkitaan? Planeetat tarkemmin seuraavalla luennolla. Oppikirja: Aurinkokunta uusiksi, Heikki Oja, URSA, 2008

3

4 Aurinkokunta Aurinko, planetaariset kappaleet, kuut, pöly 99.8% massasta Auringossa (10 30 kg) Pääosa muusta materiaalista kiertää Aurinkoa sen pyörähdysakselia vastaan kohtisuorassa tasossa (ekliptika) Koko: 121 AU (Voyager 1) heliosfäärin raja (heliopaussi) AU Oortin pilven ulkoraja (?) Ikä: 4.6 miljardia vuotta

5

6

7

8 Aurinkokunnan kehityshistoria 1. Kylmään (10-20 K) molekyylipilveen muodostuu tihentymiä 2. Pilvi alkaa luhistua 3. Luhistumisessa vapautuu energiaa à pilvi alkaa pyöriä, lämpötila kasvaa 4. Keskiosat luhistuvat nopeiten, ympärillä oleva aine asettuu kiekoksi 5. Kun keskusta on tarpeeksi suuri ja kuuma, alkavat tähdessä ydinreaktiot ja luhistuminen päättyy

9 Aurinkokunnan kehityshistoria 6. Tähden ympärille jääneeseen kiekkoon muodostui niinikään tiivistymiä 7. Tiivistymät kasvavat 8. Kiekko jäähtyy, kiinteän olomuoto mahdollista

10 Aurinkokunnan kehityshistoria 9. Tähdessä alkavat ydinreaktiot synnyttävät aurinkotuulen ja säteilypaineen, joka puhaltaa ylijääneen kaasun pois (suurin osa). Kiekon sisäosa ensin ja ulompi myöhemmin à Erilainen koostumus. 10. On muodostunut planeetat ja suuri joukko pienempiä kappaleita Prosessi kesti noin sata miljoonaa vuotta, josta planeettojen muodostuminen muutaman miljoonan.

11 Aurinkokunnan kehityshistoria Aurinkomme lähellä eivät alhaisen kiehumispisteen omaavat aineet pysy kiinteinä à kiviset kappaleet. Raskaita alkuaineita aurinkokunnassa vähän à pieniä Jättiläisplaneettojen etäisyydellä useammat aineet ovat kiinteässä tai nestemäisessä muodossa à suuret nestekaasu kappaleet Neptunusta kauempana vähän materiaalia, vety-yhdisteet kiinteitä à pienet jäiset kappaleet

12 Aurinkokunnan kehityshistoria Pieniä kappaleita oli aluksi runsaasti. Isommat häiritsivät pienempiä à radat muuttuivat Suurin osa törmäili planeettoihin, lensi ulos Aurinkokunnasta tai vajosi Aurinkoon. Osa jäi kiertämään, muutamista tuli kuita Planeettoihin kraattereita, vettä, lämpöä, pyörähdystilan muutoksia, kuita Muissa aurinkokunnissa mahdollisesti pienkappaleita enemmän kuin meillä à jättiläisplaneetat muuttivat paikkaa

13 Aurinkokuntamme kehityshistoria Suuret planeetat häiritsevät yhä pienempiä kappaleita Törmäykset jatkuvat, joskin harvemmin kuin ennen

14 Planetaaristen kappaleiden jaottelu IAU (International Astronomical Union)...1/3 Planeetat - Kiertävät aurinkoa - Suuren kokonsa vuoksi pyöreitä - Puhdistaneet ratansa pienemmistä kappaleista Kääpiöplaneetat - Kiertävät aurinkoa - Suuren kokonsa vuoksi pyöreitä - Eivät ole puhdistaneet rataansa, eivätkä ole kuita - Neptunuksen ulkopuoleisilla kääpiöplaneetoilla alakategoria plutoidit/plutinot Aurinkokunnan pienkappaleet - Pienen kokonsa vuoksi epäsäännöllisen muotoisia

15 ...Planetaaristen kappaleiden jaottelu (IAU)... 2/3 Pitkällisen työn tulos! (Tiedemiehet vs. tiedemiehet vs. lehtimiehet) Esim. vaihtoehtoinen jaotteluehdotus: 12 planeettaa, jotka on jaoteltu kolmeen ryhmään: - 8 klassista planeettaa - 3 plutinoa (Kuiperin vyöhykkeellä) - asteroidi (1) Ceres Jatkossa joukkoon olisi tullut lisää kappaleita

16 ...Planetaaristen kappaleiden jaottelu (IAU) 3/3 Rajat planeetan ja kääpiöplaneetan sekä kääpiöplaneetan ja pikkukappaleen välillä eivät ole (vieläkään) tarkkaan määritelty. Esim. muoto riippuu materiaalista. " Myös asteroidi (1) Cerestä pidettiin planeettana löytymisensä jälkeen vv Ceres 950 km vs. Pluto 2300 km

17 Planeetat ja niiden kuut... 1/5 Maankaltaiset (terrestriset) planeetat - Merkurius, Venus, Maa, Mars Jättiläis- (joviaaniset, kaasu-) planeetat - Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus Merkurius Maa Uranus Jupiter

18 ...Planeetat ja niiden kuut 2/5 Planeettojen radat ekliptikan tasossa Kuut: Kaikilla muilla on kuita paitsi Merkuriuksella ja Venuksella. Suurimmat kuut lähes Maan kokoisia (Jupiter, Saturnus, Neptunus) Kuiden synty. Sieppaus vai törmäys? Osa kuista kiertää väärään suuntaan

19 ...Planeetat ja niiden kuut 3/5 Aurinkokunnan tunnetut kuut

20 ...Planeetat ja niiden kuut 4/5

21 ...Planeetat ja niiden kuut 5/5

22 Kääpiöplaneetat... 1/3 Viisi edustajaa varmistettu: (1) Ceres (asteroidivyöhyke) sekä Pluto, Eris, Haumea ja Makemake (Plutoidit) Muita ehdokkaita lukuisia: - asteroidivyöhykkeellä (2) Pallas, (4) Vesta, (10) Hygiea - Jopa 200 Neptunuksen takaisia Sedna, Quaoar, Varuna,... Pluto Merkurius Maa

23 Kääpiöplaneetat 2/3 Koostumus riippuu sijainnista Aurinkokunnassa - asteroidivyöhyke: kivisiä - Neptunuksen takaiset: jäisiä Radat - asteroidivyöhyke: ekliptikan taso, lähes ympyrä - Neptunuksen takaiset: osa kallistuneet, elliptiset Koko (halkaisija) - Eris (2330 km), Pluto (2310 km), MakeMake (1480 km), Haumea (1240 km), Ceres (950 km) Myös kääpiöplaneetoilla on kuita!

24 Kääpiöplaneetat 3/3 Pluto ja Charon, New Horizons (NASA) 2015 Yllä: Ceres, Dawn (NASA) 2015

25

26 ...Aurinkokunnan pienkappaleet... 1/8 Asteroidit Koostumus: kiveä, monoliitti tai kivikasa Koko: 0 km 500 km Rata: PHA animaatio ( Kuita, binääri/tripla-asteroideja Päävyöhyke Lähiasteroidit Jupiter Mars

27

28 ...Aurinkokunnan pienkappaleet... 2/8 Yhteenlaskettu massa pienempi kuin Kuun (päävyöhykkeellä 4% Kuun massasta)!

29 ...Aurinkokunnan pienkappaleet... 3/8 (951) Gaspra 20 x 12 x 11 km Galileo (NASA), 1991 (243) Ida, 56 x 24 x 21 km Galileo (NASA), 1993 (253) Mathilde, 52 km NEAR (NASA), 1997 (25143) Itokawa, 687 x 287 x 264 m Hayabusa (JAXA), 2007 (433) Eros, 33x13x13 km NEAR (NASA), 2000

30 ...Aurinkokunnan pienkappaleet... 4/8 Yllä: Phobos 27! 22! 18 km Mars-Express (ESA), 2008 Oikealla: (4) Vesta 578! 560! 458 km Dawn (NASA), 2011

31 Aurinkokunnan pienkappaleet... 5/8 Komeetat, asteroidit ja Neptunukset takaiset Kohteet Komeetat Koostumus: jäätä, kiviä, pölyä (vrt. Pluto) Koko: 1 km 100 km Rata: elliptinen tai ympyrä, kallistunut tai ekliptika Alunperin Neptunuksen takaisia kohteita, jotka ovat joutuneet Aurinkokunnan sisäosissa vieraileville radoille

32 ...Aurinkokunnan pienkappaleet... 6/8 Lyhytperiodiset komeetat: Kuiperin vyö, ekliptikan tasossa Pitkäperiodiset komeetat: Oortin pilvi (Auringon nebulan kondensoitumisesta ylijäänyttä tavaraa), kallistuneet radat Pyrstö: Auringon höyrystämää ja ionisoimaa jäätä Hale-Bopp Havaittavissa vain, kun lähellä Aurinkoa Loppuunkuluneet komeetat muistuttavat asteroideja

33 ...Aurinkokunnan pienkappaleet... 7/8 Neptunuksen takaiset kohteet Koostumus: jäätä, kiveä Koko: km Kuiperin vyö: Neptunuksen vaikutuspiirissä (30-50 AU), lähes ympyrän muotoiset radat, eivät kovin kallistuneet (< 10 astetta). Tunnetaan n kohdetta. Scattered disk : Neptunuksen vaikutuspiirissä, kallistuneet ja eksentriset radat, Kuiperin vyöstä?, muutamia tunnettuja kohteita

34 Komeetta 67P, Rosetta (ESA)

35 ...Aurinkokunnan pienkappaleet... 8/8 Oortin pilvi: hypoteettinen, tuhat kertaa kauempana kuin Kuiperin vyö (1 valovuosi, ¼ x matka lähimpään tähteen) Sedna: radan lähin piste 70 AU ja etäisin 928 AU à ei Kuiperin vyö eikä scattered disk, Oortin pilvi lähempänä kuin ajateltu vai onko Sedna vain poikkeus?

36 Pöly, meteoroidit Asteroideja pienemmät kappaleet ovat meteoroideja. Niitä on lukematon määrä. Planetaarinen pöly on peräisin asteroidien törmäyksistä, komeetoista, Neptunuksen takaisten kohteiden törmäyksistä Ei pysy kauaa Aurinkokunnassa (aurinkotuuli) à päivittäin tuhansia tonneja Maan ilmakehään à koko ajan tulee lisää eli törmäykset jatkuvat

37 Aurinkokunnan tutkimus... Auringon tutkimus (koostumus, aktiivisuus) Planeettatutkimus (sisäinen rakenne, ilmakehät, aktiivisuus) Pikkukappaleet (radat, koostumus à törmäykset!) Aurinkokunnan laitamat (mitä siellä on?) Muiden aurinkokuntien tutkimus (eri ikäisiä à kehitysvaiheet) à Aurinkokunnan synty ja kehitys

38 Aurinkokunnan tutkimus... Tutkimuksen keinot (Asteroidien) sormenjälkiä Maapallolla!! Kraaterit, meteoriitit Katseet taivaalle Kaukokartoitusta teleskoopeilla! Liike, kirkkaus ja sen vaihtelu, spektri Luotaimet ja satelliitit! Lähihavaintoja 1960-luvulta (planeetat, 1986! pikkukappaleet) Ohilennot, kiertolaiset, mönkijät

39 Asteroidien sormenjälkiä: Todisteita törmäyksistä (1)! Tähdenlennot, tulipallot (bolidit), ilmakehäräjähdykset Peekskillin meteori 1992 Tunguska (1908) kuvattuna vuonna 1928 ja 1991

40 Asteroidien sormenjälkiä: Todisteita törmäyksistä (2) Meteor Crater, Arizona Kraaterit Maassa ja muilla taivaankappaleilla Kuun pintaa Selene/Kaguya -luotaimen silmin

41 Asteroidien sormenjälkiä: Todisteita törmäyksistä (3) Etelämanteerelta löydetty 23,000 meteoriittia Kaikkiaan: 30,000 Luultiin pitkään ilmakehän ilmiöiksi kunnes yhteys aurinkokunnan kappaleisiin keksittiin Kuusta, Marsista, asteroideilta Useita suomalaisia löytöjä, mm. Bjurbölen meteoriitti (Porvoo)

42 Eräs törmäys#! Asteroidin 2008 TC3 törmäys :43UT! Ensimmäinen ennustettu törmäys!! Halkaisija n. 5 m! Räjähdys 37 km korkeudessa!seuraavien viikkojen aikana löydettiin useita meteoriitteja

43 Aurinkokunnan tutkimus... Kuiperin vyö teoretisoitiin 1930-luvulla.1992 alettiin havaita muitakin kohteita kuin Pluto+Charon. Valtaosa tietämyksestä perustuu kuitenkin Maasta käsin tehtyihin havaintoihin. Luotainlennoilla voidaan tarkistaa mallien todenmukaisuutta. Suuria ammattiteleskooppeja ympäri maailman käytetään aurinkokunnan tutkimukseen. Taitavat harrastajat tärkeässä osassa havaintojen teossa. Geologia, geofysiikka, yms. maatieteet näyttelevät tärkeää osaa myös aurinkokunnan tutkimuksessa.

44 Yhteenveto Keskustähti, Aurinko Planeetat (maankaltaiset ja jupiterin kaltaiset) Kääpiöplaneetat (asteroidivyöhykkeellä ja Neptunukset takaisilla radoilla Plutoidit ) Pikkukappaleet (komeetat, asteroidit, Neptunuksen takaiset kohteet) Kuut Meteoroidit, pöly

45 Kiitos!