7. AURINKOKUNTA Miltä Aurinkokunta näyttää kaukaa ulkoapäin katsottuna? (esim. lähin tähti n. 300 000 AU päässä Jupiter n. 4"päässä) = Keskustähti + jäännöksiä tähden syntyprosessista (debris) = jättiläisplaneetat, maankaltaiset planeetat, asteroidit, komeetat, pöly... Auringon luminositeetti = 4 10 8 kertaa Jupiterin luminositeetti Aurinko sisältää 99.8% massasta (mutta ainoastaan 2% impulssimomentista) Jättiläisplaneetat (Jovian planets): Massa Etäisyys Säde Tiheys (gr/cm 3 ) Jupiter 300 M Earth 5 AU 71 000 km 1.3 Saturnus 100 M Earth 10 AU 60 000 km 0.7 Uranus 15 M Earth 20 AU 26 000 km 1.3 Neptunus 17 M Earth 30 AU 25 000 km 1.6 - Jupiter & Saturnus kaasujättiläisä (gas giants): 10M Earth kiviydin, loput etupäässä H & He - Uranus & Neptunus jääjättiläisiä (ice giants): jäätä + kiveä, pienet H & He ilmakehät 1 M Jup = 300M Earth = 0.001M Sun approksimaatio: Aurinkokunta Sun+Jupiter+debris Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 139
Maankaltaiset planeetat (Terrestrial planets): Massa Etäisyys Säde Tiheys Merkurius 0.06 M Earth 0.4 AU 2400 km 5.4 Venus 0.8 M Earth 0.7 AU 6000 km 5.3 Maa 1 M Earth 1 AU 6400 km 5.5 Mars 0.1 M Earth 1.5 AU 3400 km 4.0 Asteroidit: (säteet < 500km) yli 300 000 luetteloitua, etupäässä Marsin ja Jupiterin ratojen välissä (kokonaismassa 1/300 M Earth ) Komeetat (n. 500 tunnetulla lyhytperiodisella radalla.) - Oortin pilvi: pallomainen vyöhyke 1 5 10 4 AU, arvioitu lukumäärä 10 13 (yli km-kokoisia kappaleita) - Kuiper-belt: kiekkomainen systeemi Neptuneksen radan ulkopuolella, arvioitu lukumäärä 10 8 10 10 (yli km) Trans-Neptunian Objects (TNO): Oort cloud, Kuiper belt, Pluto+Kharon, Sedna, Eris jne Kokonaismassa terrestriset planeetat? Satelliittisysteemit/renkaat jättiläisplaneetat: kts. JPL Solar System Dynamics page http://ssd.jpl.nasa.gov/ esim. 12 uutta Saturnuksen satelliittia löydettiin yhtenä päivänä (Dec 12, 2004, Subaru/Mauna Kea) Maan Kuu: 1% of Maan massasta, Charon 10% of Pluton massasta Pöly Sisä-Aurinkokunta: eläinratavalo (zodiacal light) Kuiper-belt: Paljoin törmäyksissä syntynyttä pölyä? Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 140
SOLAR SYSTEM Lissauer & de Pater: Planetary Sciences Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 141
From Lissauer & de Pater: Planetary Sciences Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 142
7.1 Mikä on planeetta? Ennen 1990-lukua helppo määritellä: 1) planeetta ei säteile omaa valoa 2) kiertää tähteä 3) on suurempi kuin asteroidi Ongelmia alkaa kasaantua... Pluton massa 0.2% M Earth (satelliiti Kharon v. 1978) TNO löytyminen (ens. v. 1992) Eris v. 2005, massa suurempi kuin Pluton massa! IAU (International Astronomical Union) NASA: kymmenes planeetta löytynyt IAU: Planeetan määritelmä (2006) 1) Planeetta kiertää Aurinkoa 2) On riittävän massivinen, niin että sen painovoima ylittää aineen sisäisen lujuuden, jolloin kappaleen muoto määräytyy hydrostaattisesta tasapainosta (lähes pallomainen) (painovoima merkittävämpi kuin sisäinen lujuus käyttäytyy nesteen tavoin) 3) On painovoimahäiriöillään raivannut muut kappaleet ratansa alueelta Ehto 3 tärkeä, sillä sulkee pois: Eris, Ceres (suurin asteroidi), mutta myös Pluto n (rata leikkaa Neptunuksen radan) Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 143
Kääpiöplaneetta (dwarf planet) täyttää ehdot 1) and 2), mutta ei ehtoa 3) + ei ole minkään kappaleen satelliitti Muut kappaleet (paitsi satelliitit) ovat Aurinkokunnan pienkappaleita small Solar System bodies muodoltaan epämääräisiä IAU hyväksyy tällä hetkellä 5 kääpiöplaneettaa: Ceres, Pluto, Eris, Haumea, Makemake Määrä saattaa kasvaa satoihin Ongelmia: ei ole helppo todentaa hydrostaattista tasapainoa: ei vastaa tiettyä sädettä, riippuu sisäisestä rakenteesta (tyypillinen raja 800 km, mutta jo 400 km kappale voi olla hydrostaattisessa tasapainossa) Nopea pyöriminen kappale voi poiketa tasapainossa merkittävästi pallomaisesta Milloin kappale on tyhjentänyt ratansa muista kappaleista? luokittelu riippuu sijainnista ei pelkästään kappaleen ominaisuuksista TÄHDEN ja PLANEETAN ero? Tähti: tuottaa (tai on tuottanut) energiaa fuusio-reaktioiden kautta Vedyn fuusio mahdollista jos massa ylittää n. 90 M Jup eli 0.1 M Sun Fuusio ylipäätänsä mahdollista (deuterium) jos massa ylittää n. 13 M Jup tähti ruskea kääpiö Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 144
7.2 Planeettojen liikkeet Planeettojen tämän hetkiset sijainnit ja radat projisoituna Maan ratatasoon: (laskettu Taivaanmekaniikan kurssin ohjelmien avulla) 40 Aurinkokunta 1.4.2013 2 Sisaplaneetat Y (AU) 20 0-20 Jupiter Uranus Saturnus Pluto Neptunus Y (AU) 1 0-1 Maa Merkurius Mars Venus -40 10 vuotta -40-20 0 20 40 X (AU) -2 2 kuukautta -2-1 0 1 2 X (AU) Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 145
Sisäplaneettojen tämänhetkiset (1.4.2013) sijainnit ja radat Maan suhteen (origossa), sekä projisoitu liike taivaanpallolla (ekliptikaalinen longitudi ja latitudi): Keskimääräinen liike suunta: longitudi kasvaa ajan mukana (vastapäivään, itään, suoraan suuntaan, progradinen) Planeetan ollessa lähimpänä Maata liike hetkellisesti vastakkainen (myötäpäivään, länteen, taantuva liike, retrogradinen) 2 Merkurius 2 Venus 4 Mars 1 1 2 Y (AU) 0 Y (AU) 0 Y (AU) 0-1 -1-2 -2-2 -1 0 1 2 X (AU) -2-2 -1 0 1 2 X (AU) -4-4 -2 0 2 4 X (AU) 10 5 Merkurius 10 5 Venus 10 5 Mars 0-6 kk 6-12kk latitude 0 latitude 0 latitude 0-5 -5-5 -10-100 0 100 longitude -10-100 0 100 longitude -10-100 0 100 longitude Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 146
Synodinen kiertoaika: Kahden planeetan keskinäinen asema sama esim. oppositioiden väli (ulkoplaneetta) sisäkonjuktioiden väli (sisäplaneetta) Siderinen kiertoaika: todellinen kiertoaika Auringon ympäri Merkitään P 1 sisemmän planeetan siderinen kiertoaika keskiliike n 1 = 2π P 1 P 2 ulomman planeetan siderinen kiertoaika keskiliike n 2 = 2π P 2 Yhden synodisen kiertoajan Psyn kuluessa sisempi planeetta kiertänyt kierroksen enemmän: n 1 Psyn = n 2 Psyn + 2π 1 Psyn = 1 P 1 1 P 2 Hieman monimutkaisempaa käytännössä! Marsin peräkkäisten oppositioiden väli vaihtelee 760-810 vrk Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 148
7.3 Auringon näennäinen liike Maapallon ekvaattorin kaltevuus ǫ 23.4 Auringon deklinaatio δ vaihtelee välillä [ 23.4, 23.4 ] Aurinko näkyy zeniitissä pisteestä, jonka leveysasteella φ = δ Kääntöpiireillä Aurinko näkyy zeniitissä kerran vuodessa φ = 23.4 (Kravun kääntöpiiri; kesäpäivän seisaus) φ = 23.4 (Kauriin kääntöpiiri; talvipäivän seisaus) Kesällä Aurinko ei laske jos φ > 90 δ (Vastaavasti ei nouse talvella) pohjoinen napapiiri φ = 90 ǫ 66.6 Vuodenajat: Maan etäisyys Asuringosta vaihtelee välillä 147 152 10 6 km EI OLEELLISTA MERKITYSTÄ VUODENAIKOIHIN Ekvaattorin kaltevuuden takia Auringon säteilyvuon tiheys muuttuu vuoden aikana: pinta-alayksikköä kohti vuo verrannollinen sin a, jossa a=auringon korkeuskulma päivän pituus vaihtelee ilmakehän läpäisy riippuu ilmamassan paksuudesta (ja siten korkeuskulmasta) yksityiskohtainen esimerkki Tähtitieteen perusteet kirjassa Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 149
Tähtitieteen perusteet esim. 7.2 Vuorokautinen energiavuo Maan pintayksikköä kohti tuleva vuo S = S 0 (A/A ) = S 0 sin a A/A = sin a A A a (korkeuskulma) /home/heikki/cele2008_2010/tp_esim_7_2_apu heikki@pc091079 Fri Apr 5 14:57:15 2013 Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 150
Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 151
Tähtitieteen perusteet kirjan esimerkin 7.2 mukaan vuorokautinen säteilyvuo on 60 leveysasteella kesällä suurempi kuin navalla tai päiväntasaajalla mielenkiintoista tietää, millä leveysasteella vuo maksimissaan? Max W kwh/m^2 15 10 5 jatkoa ESIM 7.2 ei ekstinktiota ekstinktio k=0.8 0 0 20 40 60 80 100 Leveysaste /home/heikki/cele2008_2010/tp_esim_7_2 heikki@pc091079 Thu Apr 4 19:33:19 2013 keskimaarainen W/vrk (kwh/m^2) 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 jatkoa ESIM 7.2 ei ekstinktiota ekstinktio k=0.8 0.00 0 20 40 60 80 Leveysaste /home/heikki/cele2008_2010/tp_esim_7_2_b heikki@pc091079 Fri Apr 5 14:23:35 2013 Maksimi n. 40 leveysasteella Vuoden yli laskettu keskiarvo putoaa monotonisesti napoja kohti (niinkuin olettaa saattaa) Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 152
Graafiset almanakat URSA:n sivulta (Hannu Karttunen) Musta alue: Pimeä asun < 18 tumman sininen: Astronominen hämärä 18 < asun < 12 sininen: Nauttinen hämärä 6 < asun < 12 vaalea sininen: Porvarillinen hämärä 6 < asun < 0 Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 153
Graafinen almanakka URSA:n sivulta (Hannu Karttunen) Planeettojen näkyvyys Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 154
7.4 Kuun liike Kiertää Maan ympäri vastapäivään kerran kuukaudessa: Siderinen kiertoaika 27.322 vuorokautta (tähtien suhteen) Synodinen kiertoaika 29.531 vuorokautta (täysikuusta seuraavaan) KUUN VAIHEET: uusikuu ensimmäinen neljännes (valaistu puoli aurinkoon päin eli oikealle) täysikuu viimeinen neljännes (Kysymys: Mihin vuodenaikaan esim. ensimmäinen neljännes näkyy parhaiten?) Kuun rata: isoakselinpuolikas 384 000 km, eksentrisyys 0.055 Auringon häiriöt 356 400 km < r < 406 700 km näennäinen läpimitta 29.4-33.5 a(1 ± ǫ) = (362 kkm, 405 kkm) Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 155
7.5 Pimennykset ja tähdenpeitot Pimennys: kappale joutuu toisen varjoon Kuunpimennys: Kuu joutuu Maan varjoon Jupiterin kuitten pimennykset Tähdenpeitto (okkultaatio): kappale peittyy toisen taakse Esim. planeetta tai tähti peityy Kuun taakse Auringonpimennys: Kuu peittää Auringon Auringonpimennys: maksimikesto n. 7 minuuttia Kuunpimennys: täydellinen pimennys 1h40 minuuttia penumbra-umbra-penumbra yhtä pitkiä Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 157
Miksi pimennyksiä ei ole kerran kuukaudessa? (kaikkiaan 2 viikon välein) Mahdollisia vain kun Kuu lähellä solmuviivaa Kuunpimennys: etäisyys alle 5 astetta Auringonpimennys etäisyys alle 10 astetta Kuunpimennyksiä keskimäärin alle yksi vuodessa (n. 2*5/180*12 =2/3) Auringonpimennyksiä keskimäärin yli yksi vuodessa (n. 2*10/180*12 =4/3) Saros-jakso: pimennykset toistuvat n. 18v välein Kuun solmuviivan kiertyminen (periodi 346.6 vrk) 19 solmuviivan kierrosta = 223 Synodista kuukautta = 18v 11kk seuraava Saros-jakso #150 alkaa 25.5.2013 (http://eclipse.gsfc.nasa.gov/) Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 158
Tähdenpeitot Kuun aiheuttamat tähdenpeitot hydyllisiä: Kuun tarkka sijainti Radioastronomia: kohteen tarkka sijainti (antennien keilanleveydet suuria) Kuulla ei ilmakehää pimennys tapahtuu n. 1/50 sekunnissa Valokäyrähavainnot: valon diffraktio aiheuttaa kirkkausvaihteluita valokäyrän muoto riippuu tähden kulmaläpimitasta/siitä onko kaksoistähti Planeettojen aiheuttamat okkultaatiot: käytetään ilmakehän tutkimukseen Uranuksen renkaat 1977 Neptunuksen (osittaiset!) renkaat 1985 Ylikulut Yilkulku (transit): Merkuriuksen ja Venuksen kulku Auringon edestä (vastaa osittaista Auringonpimennystä)) Merkurius: 13 ylikulkua/vuosisata (seuraava 9.5.2016) Venus: 8.6.2004 ja 6.6.2012 seuraavat 2117 ja 2125 1700:lla käytettiin Aurinkokunnan mittakaavan määrityksessä Tähtitieteen perusteet, Luento 9, 8.04.2013 159