Planeetat Jyri Näränen Geodeettinen laitos http://personal.inet.fi/tiede/naranen/
Aiheet l Aurinkokuntamme planeetat, painopiste maankaltaisilla l Planeettojen olemus l Planeettojen sisäinen rakenne ja koostumus
Aurinkokuntamme planeetat Aurinkoa kiertää kahdeksan planeettaa Neljä terrestristä eli maankaltaista kiviplaneettaa lähinnä Aurinkoa Merkurius Venus Maa Mars Neljä joviaanista eli jupiterinkaltaista nestekaasujättiläistä ulompana Jupiter Saturnus Uranus Neptunus
Tyypillistä planeetoille - Kiertoaika Auringon ympäri riippuu etäisyydestä (yksinkertaistetusti keskipakoisvoima vs. Auringon vetovoima) Merkuriuksen ratanopeus 47.9 km/s, Neptunuksen 5.5 km/s - Pyöriminen akselin ympäri riippuu kappaleen koostumuksesta (muodostuminen) ja törmäyshistoriasta - Aurinko- vs. tähtivuorokausi
Tyypillistä planeetoille - Kaasukehä on sitä yleensä sitä paksumpi, mitä suurempi planeetta on. Läpinäkyvyys riippuu kaasusta. Maa näkyvässä valossa Venus UV-valossa - Magneettikenttä aiheutuu metallisen ytimen virtauksista * Maankaltaisilla planeetoilla dipoli, jupiterinkaltaisilla multipoli (Venuksella ei ole kenttää lainkaan). * Kenttä suojaa aurinkotuulen hiukkaspommitukselta. * Kuulla ja Marsilla nk. remanentti jäännekenttä. Merkurius? - Nykyisin tutkimus painottuu luotaintutkimuksiin
Merkurius Aurinkokunnan pienin planeetta Läpimitta: 4880 km (38% Maan halkaisijasta) Massa: 5.5 % Maan massaa Kaikista planeetoista suurin puristamaton tiheys Etäisyys Auringosta: 0.47 AU (Maa = 1 AU) Kiertoaika 88 Maan vuorokautta Pyörähdysaika: 59 Maan vrk 2 (3:2 (resonanssi) Aurinkovuorokausi noin 176 Maan vrk 6 5 4 8 7 3
Merkurius Rata planeetoista soikein (etäisyys 46-70 milj. km) Radan kallistus 3 o Pyörähdysakseli kohtisuorassa ratatasoon (kylmät navat) Perihelissä Auringon liike taivaalla on normaalista poikkeava: rataliikkeen nopeus voittaa pyörimisnopeuden ja Aurinko vaihtaa hetkeksi suuntaa
Merkurius Pintalämpötila: -180 C +430 C (Aurinkoon päin kuumin, napojen kraatterien pohjalla kylmä) Kirkas, mutta lähellä Aurinkoa -> hankala havaita aamu ja iltahämärässä (max el=28 astetta)
Merkurius - pintaympäristöt l Pinta kraatterien peittämä l Ei (suurta) aktiivisuutta miljardeihin vuosiin l Ei suojaavaa ilmakehää l Caloris Basin kraatteri syntynyt voimakkaassa törmäyksessä. Kraatterin vastapuolella vuoria, jotka mahdollisesti syntyneet törmäyksessä l Pinnalla juonteita. Vuorovesivoimat ja jäähtymisen aiheuttama kutistuminen l Auringon aiheuttamat vuorovesivoimat 17% voimakkaammat kuin Maassa. l Napojen kraatterien pohjalla mahdollisesti jäätä
Merkurius - kaasukehä ja magnee:ken;ä Ei merkittävää kaasukehää (liian pieni), l Magneettikentän voimakkuus 1% Maan magneettikentästä (rautaydin) Dipolaarinen kenttä, navat lähes yhtyvät pyörähdysakselin napoihin Magnetosfääri (m-kenttä kokoaa aurinkotuulen hiukkasia) Kuita Merkuriuksella ei ole
Merkurius - tutkimus Mariner 10 Messenger BebiColombo (2022) Esim. magneettikenttätutkimuksia Vain kaksi luotainta on tutkinut: Mariner 10 suoritti kolme ohilentoa ja kartoitti 45 % pinnasta sekä havaitsi magneettikentän 1974 Messenger kartoitti tammikuussa 2008 30 %. Toinen ohitus 6.10.2008, kolmas 29.9.2009. Luotain aloitti havaintotyön kiertoradalla maaliskuussa 2011 (kuvaa ja kartoittaa planeetan, kemiallinen koostumus) Luotainlennot hankalia suuren polttoaineenkulutuksen vuoksi (Jupiteriin yleensä helpompi lentää!) Tutka- ja teleskooppihavainnot
Venus Läpimitta: 12100 km (95 % Maan halkaisijasta) Massa: 90 % Maan massasta Etäisyys Auringosta 0.72 AU Rata lähes ympyrä, kallistus 3 o Kiertoaika: 225 Maan vrk Pyorähdysaika: 243 Maan vrk (lähes 1:1 (resonanssi, mutta pyörii myötäpäivään) Pyörähdysakselin kallistus 3 o Pintalämpötila: 462 o C Kirkkain kohde taivaalla Kuun jälkeen. Näkyy aamulla tai illalla (max el=48 o )
Venus -pintaympäristöt - Pinnalla runsaasti tuliperäisen toiminnan aikaansaamia muodostummia (laavatasankoja, tulivuoria, repeämiä) - Luultavasti yhä tuliperäistä toimintaa (korkea lämpötila, vulkaanisia kaasuja ilmakehässä) - Pinta-aines suhteellisen vanhaa (ei laattatektoniikkaa) - Teoria: kuumuuden kasvaessa kuoren alla kylliksi alkaa n. 100 milj vuoden pituinen aktiivinen kausi. Edellinen oli 500 milj vuotta sitten. Tietokoneella tehty kuva Venuksen pinnasta
Venus -kaasukehä Voimakas kasvihuoneilmiö (97% CO 2 ) -> tasainen korkea lämpötila Paine pinnalla 92 x paine Maassa (vrt 1 km syvyydessä veden alla) Voimakkaita tuulia yläilmakehässä (350 km/h) Alempana heikkoja tuulia, mutta kovan paineen vuoksi lennättää kiviä ja pölyä Rikkidioksidi- / rikkihappopilviä à valoa ei juuri pääse pinnalle Magneettikenttää tai kuita Venuksella ei ole
Venus - tutkimus Lukuisia luotaimia ohittanut / kiertänyt planeettaa, esim: - Mariner 2; 1962 ensimmäinen ohilento, kuvia ilmakehästä - Venera 13 ja 14; 1982 laskeutuivat, kuvia pinnalta - Venera 15 ja 16; 1983 ilmakehän tutkimusta kiertoradalta Mariner 2 Venera 14 Venera 13
Venus - tutkimus Parhaillaan Venus express, tutkii ilmakehää
Maa Läpimi'a 12750 km Massa 6x10 24 kg Etäisyys Auringosta: 150 milj km (1 AU) Kiertoaika 365 vrk Pyörähdysaika 23 h 56 min Vuorokauden pituus 24 h Rataliike ei juuri vaikuta vuorokauden pituuteen Pyörähdysakselin kallistus 23 o vuodenajat
Maa Rata lähes ympyrä, kallistus 7 o Pintalämpötila -89.4 C 57.7 C
Maa -pintaympäristöt Ilmakehän (kasvihuoneilmiön) vuoksi vesi on pinnalla paljolti nestemäisessä muodossa Laattatektoniikka aktiivista à jatkuvaa tuliperäistä toimintaa à merenpohjan pinta-aines nuorta (vanhin kivi 200 milj vuotta, keskimäärin 100 milj vuotta). à mantereiden reunoilla nuorta ja keskellä vanha kiveä. Kraatterit peittyneet (kasvillisuus, vuorijononpoimutus, sedimentaatio, meret Eläviä organismeja (kasveja, eläimiä)
Maa - ilman ve;ä
Maa -kaasukehä ja magneettikenttä Ilmakehä koostuu lähinnä typestä ja hapesta - Läpäisee valoa - Hiilidioksidin aiheuttama kasvihuoneilmiö rajoittaa lämpötilavaihtelua yön ja päivän välillä (10-20 C) - Suojaa pienten meteoroidien törmäyksiltä Magneettikenttä (lähinnä kaksinapainen) suojaa aurinkotuulen hiukkasilta
Maa -kuu Suuri kuu, halkaisija 25 % Maan halkaisijasta. Syntynyt luultavasti Maan ja Marsin kokoisen kappaleen törmäyksessä Maan ollessa vielä osittain sula. Lukkiutunut pyöriminen (kiertoaika = pyörähdysaika)
Mars Etäisyys Auringosta 1.5 AU Rata Merkuriuksen jälkeen soikein (1.38-1.67 AU) Radan kallistus 6 o Läpimi'a 6750 km (0.5 Maan halkaisijaa) Massa 0.1 Maan massaa Kiertoaika 687 Maan vuorokau'a Pyörähdysaika 24.6 h Akselin kallistus 25 o PintalämpöPla - 87- - 5 o C Näkyy hyvin. Useimmiten kuitenkin himmeämpi kuin Jupiter
Mars -pintaympäristöt Pintamateriaali enimmäkseen basalua (kevy'ä laavakiveä), kuten Maassa Ei havai'u akpivista tuliperäistä toimintaa Maankaltaiset planeetat 16.2.2008
Mars -pintaympäristöt Vanhoja tulivuoria (Olympos Mons) Navoilla vesi- jäätä, tarpeeksi pei'ämään planee'a 11m vesipatjalla Pinnalla veden kulu'amia jokiuomia Punainen väri johtuu raudasta (ruoste) Paine pinnalla alle 2% Maan ilmanpaineesta
Mars -kaasukehä ja magneettikenttä - Marsilla on ohut ilmakehä (CO 2, N 2 ), ei juurikaan kasvihuoneilmiötä - Pölymyrskyt ovat Marsissa tyypillisiä, kuten Maassa kuivilla alueilla (Auringon aiheuttama maan lämpeneminen lämmittää ilmakehää paikallisesti) - Magneettikentän uupuminen altistaa aurinkotuulen pommitukselle joka vie osan kaasukehästä mukanaan
Mars -kuut - Kaksi pientä kuuta (Phobos 22 km ja Deimos 13 km) - Erilaisia ominaisuuksiltaan: Phobos tumma, Deimos kivinen/metallinen - Luultavasti siepattuja asteroideja
Mars -tutkimus 22 onnistunutta ja 22 epäonnistunutta missiota: Mariner 4, 1964 ohilento Mariner 9, 1972 kiertolainen Mariner 4 laukaisu Mars exploration rovers Viking 1, 1982 laskeutuja Mars exploration rovers, 2004 Laskeutuja, mönkijät Phoenix, 2008, vettä?, lumisadetta Curiosity rover, 2012
Mistä on pienet planeetat tehty Maankaltaiset planeetat koostuvat pääosin Auringon läheisyydessä, korkeassa lämpöplassa Pivistyneistä alkuaineista Maapallon yleisimmät alkuaineet (m- %) (Physics & Chemistry of the Solar System) 35 % rauta (Fe) 30 % happi (O) 15 % pii (Si) 15 % magnesium (Mg) 2 % Nnkkeli (Ni) 2 % rikki (S) 1 % kalsium (Ca) 1 % muut alkuaineet Maan kuoren yleisimmät alkuaineet (CRC Handbook of Chemistry and Physics) 46 % Happi 28 % Pii 8 % Alumiini 6% Rauta Terrestriset planeetat ovat kehärakenteisia, eri kerrosten koostumukset ja ominaisuudet poikkeavat huoma'avasp toisistaan Toisin sanoen terrestriset planeetat ovat kehityksensä varhaisvaiheessa differen@oituneet
Maapallon kehärakenne N, O, H, C Atmo-, hydro-, biosfääri -100-0 km Al, Si, O Fe, Mg, Si, O Fe, Ni Fe, Ni Litosfääri Vaippa Sula ulkoydin 0-300 km (5%) 90-2900km (45%) 2900-5100km (30%) Kiinteä sisäydin 5100-6378km (25%) Raskaat alkuaineet ovat rikastuneet Maan syviin osiin, kevyet pintaosiin
Tietoa Maan sisäosista seismologia
Tietoa Maan sisäosista syvän Maan näy/eet Tulivuorenpurkausten basalttilaavan mukana pintaan kulkeutuu ksenoliitteja, kivinäytteitä satojen kilometrien syvyydeltä Maan vaipasta. Korkean paineen laboratoriokokeet osoittavat, että ksenololiitit todella tulevat syvältä O Si Ca Mg Fe ksenoliitti basaltti Luonnon ksenoliitteja Synteettisiä ksenoliitteja 20 GPa The GSC/Dalhousie High Pressure Laboratory, Kanada American Museum of Natural History, Experimental Petrology Lab. Kilauea, Havaiji (1980).
Maapallon kehärakenteen synty 4,57 Ga sitten > 4.4 Ga sitten Nykyhetki Metallit vajoavat Rautanikkeliydin muodostuu Litosfääri Vaippa Ulkoydin Sisäydin Silikaatit kohoavat Varhainen maapallo kuumenee Maapallo sulaa kokoonpuristuminen magmameriä syntyy meteorimyrsky planeetta sulaa radioaktiivinen hajoaminen raskaat alkuaineet vajoavat kevyet alkuaineet kohoavat Maapallo on saanut nykyisen rakenteensa rautanikkeliydin silikaattivaippa ja kuori kaasukehä
Terrestristen planee;ojen arkkitehtuuri Mars Tietomme muiden maankaltaisten planee'ojen rakenteesta ja koostumuksesta Merkurius Venus Maa
Merkuriuksen rakenne Mariner 10: Heikko magneettikenttä à oltava sula ydin, mutta planeetta liian pieni (alhainen T) Nyt havaittu planeetan pyörähdysajassa pieniä vaihteluita à Sisustan oltava sula à Sisustan todennäköisesti sisällettävä keveämpiä aineita (esim. rikkiä) jotka alentavat sisuksen sulamispistettä Kuori 100-200 km paksu (5-10%), ydin suuri (70%) ja raskas (voimakas törmäys?) 70% metallisia ja 30% silikaattista materiaalia. Tiheys aurinkokunnan toiseksi suurin 5.43 g/cm³ (veden 1.00 g/cm 3 ), hieman Maan tiheyttä pienempi
Venuksen rakenne Ei juuri tietoa ytimen koosta tai siitä onko se kiinteä vai nestemäinen (ei laattatektoniikkaa à Ei konvektiovirtauksia?) Tiheys 5.2 g/cm³ lähellä Maan tiheyttä Kuoren paksuus lienee muutama kymmenen kilometriä
Marsin rakenne Ytimen koko 1300-2000 km (n. 45%, koko riippuu ytimen koostumuksesta) Kuoren paksuus n. 50 km (1.5%) Vuorovesivoimien aiheuttama litistyminen à Sisäosat ainakin osaksi sulaa materiaalia Maankaltaisista planeetoista alhaisin Tiheys 3.9 g/cm³. Painovoima pienempi kuin Merkuriuksella!
Marsin rakenne Viking laskeutuja (kemiallinen XRF analyysi) Mars Pathfinder laskeutuja Global Surveyor - luotain MARS Happi Pii Rauta Magnesium Kalsium Alumiini natrium kalium MAA Happi Pii Alumiini Rauta Kalsium Natrium Kalium magnesium Yleisimmät alkuaineet Maan kuoressa ja Marsin kuoressa à Marsin ytimen oltava Maan ydintä kevyempi. Saharan autiomaata Egyptissä Autiomaata Marsissa (Viking, 1976)
Joviaaniset planeetat
Rakenne
Jupiter Aurinkokunnan suurin planee'a (massa 2.5 kertaa muiden planee'ojen massa, läpimi'a 11 Maan läpimi'aa) Koostuu pääosin vedystä ja heliumista 63 tunne'ua kuuta Pyörähdysaika 9 h 55 min, vuosi noin 12 Maan vuo'a Tunnusmerkkejä tummat ja vaaleat raidat sekä Suuri punainen pilkku MagneeUken'ä 14 kertaa Maan magneeuken'ää suurempi
Saturnus Tiheydeltään pienin planee'a (0.69 g/cm 3 ) Vedyn ja heliumin lisäksi myös metaania 60 tunne'ua kuuta Pyörähdysaika 10 h 13 min, vuosi 29.45 Maan vuo'a Tunnusmerkki renkaat Koostuvat 99.9% vesijäästä Syntymekanismi vielä kiistanalainen
Uranus Aurinkokunnan kooltaan kolmanneksi ja massaltaan neljänneksi suurin planee'a (14,5 Maan massaa) Koostuu lähinnä kivestä ja erilaisista jäästä (vesi, ammoniakki, metaani,...), vetyä ja heliumia vain vähän 27 tunne'ua kuuta Pyörähdysaika 17 h 14 min, vuosi noin 84 Maan vuo'a Pyörähdysakseli voimakkaasp kallistunut Himmeä rengas
Neptunus Tihein jäuläisplanee'a, kooltaan neljänneksi ja massaltaan kolmanneksi suurin planee'a Kylmin planee'a, pintalämpöpla - 218 aste'a Koostumus Uranuksen kaltainen Ei näy koskaan paljain silmin 13 tunne'ua kuuta Pyörähdysaika 16 h 6 min, kiertoaika noin 165 vuo'a
Massa Tiheys Painovoima Päivän pituus Ratanopeus Lämpötila
Massa Tiheys Painovoima Päivän pituus Ratanopeus Lämpötila
Massa Tiheys Painovoima Päivän pituus Ratanopeus Lämpötila
Massa Tiheys Painovoima Päivän pituus Ratanopeus Lämpötila
Massa Tiheys Painovoima Päivän pituus Ratanopeus Lämpötila
Massa Tiheys Painovoima Päivän pituus Ratanopeus Lämpötila
Kiitos mielenkiinnosta! jyri.naranen@fgi.fi h;p://personal.inet.fi/@ede/naranen