Öebo univesitet Institutionen fö natuvetenskap Fysik C 15 poäng Solsystemet Aza Sakic Examinato: Pete Johansson Handledae: Fedik Wallinde Utföd: HT 07
Sammanfattning Vå väldsuppfattning ha föändats genom seklena. Den länge accepteade geocentiska teoin fån antikens Gekland va att solen, planetena och stjänona oteade king joden. Anda teoie va inte accepteade av vaken kykan elle vetenskapen. På 1500-talet publiceades Kopenikus heliocentiska teoi, som inneba att solen va i centum och att joden och de anda planetena otea king den. Vad Kopenikus fösökte åstadkomma va en enklae väldsbild än gekenas kompliceade epicykelteoi. Hans teoi ansågs vaa kontovesiell, säskilt eftesom den inte gav någa säskilt bätte väden på planetenas positione än den gamla teoin. Den som poduceade de data som behövdes va Tycho Bahe, som i slutet av 1500-talet gjode många uppepade obsevatione av planetenas lägen med hjälp av egenkonstueade instument på ön Ven. Efte hans död i böjan av 1600-talet fotsatte Bahes assistent Johannes Keple med att uteda planetenas bano, vilket ledde till hans te beömda laga om planetenas öelse. Lagana va empiiska matematiska samband som således inte kunde föklaa vad som styde planetöelsen. Utifån Keples laga kunde däefte Isaac Newton föklaa planetenas öelse med hjälp av sin gavitationslag och de te öelselagana. Med hjälp av Newtons fomle så kunde man beäkna planetenas lägen på himlavalvet med godtycklig pecision, och inte baa det: Newtons gavitationslag kunde på ett helt nytt sätt kombinea vadagens fall av ett äpple i en tädgåd med hu planetena ö sig utifån en gemensam beskivning. Denna uppsats komme att ta upp Keples och Newtons laga me detaljeat och även edogöa fö den modena kunskapen king solsystemets dynamik och uppbyggnad. Abstact The view of how the Eath and the Sun move has changed though the ages. The idea that was ight", fom the time of ancient Geece, was that the Eath was at the cente and eveything evolved aound it even if some facts wee unexplained. It was in the middle of the 1500s that Copenicus developed the idea that Sun was in the cente and the Eath evolved aound it. His theoy was contovesial, especially since it did not impove the positions of the planets vey much. The peson who povided the necessay data was Tycho Bahe. In the late 1500s he obseved and logged the planetay positions fo many yeas, using his own instuments on the island of Ven. His assistant Johannes Keple then used the data to infe his thee famous laws of planetay motion. Keple could not explain why the planets moved accoding to the laws, since the latte wee empiical. Isaac Newton could late on deive Keple s laws fom his own gavitational law and thee laws of motion, theeby confiming Keple s esult. Newton also povided a geat synthesis between local physics (the famous apple falling down) and celestial motion. This epot will discuss the Keple and Newton laws in moe detail, as well as the moden view of the dynamics and stuctue of the sola system.
Innehållsföteckning 1. Solsystemets uppkomst 4. Solsystemets uppbyggnad 6.1 Keples geometi 6 3. ewtons betydelse 7 3.1 Gavitationslagen 8 3. Newtons te öelselaga 8 3.3 Newtons laga i planpoläa koodinate 9 3.4 Analys av Newtons laga 10 4. Hastighetsekvatione 13 4.1 Hastighetsekvationen 13 4. Flykthastigheten 13 5. Solen vå stjäna 14 5.1 Solens stuktu 16 5. Känan 17 5.3 Stålningszonen 18 5.4 Konvektionszonen 18 5.5 Fotosfäen 18 5.6 Komosfäen 18 5.7 Koonan 19 5.8 Solvinden 19 5.9 Solfläcka 0 5.9 En stjänas utveckling 1 6 Planetena i våt solsystem 6.1 Mekuius 3 6. Venus 3 6.3 Joden 3 6.4 Mas 4 6.5 Jupite 5 6.6 Satunus 6 6.7 Uanus 7 6.8 Neptunus 7 7 Dvägplanete, asteoide, komete och meteoe 8 7.1 Asteoide 8 7. Komete 8 7.3 Meteoite 39 8 Rymdfoskning 30 8.1 Mas 30 8. Euopa 31 8.3 Enceladus 31 9 Diskussion 3 10 Källföteckning 33 10.1 Litteatu 33 10. Webbplatse 33 3
1. Solsystemets uppkomst Fö att få en uppfattning om solsystemets uppkomst måste man föst föstå hu solsystemet se ut idag. Te gundläggande egenskape ä: - De jodlika planetena bestå till sto del av tunga gundämnen och ä elativt små medan jätteplanetena mest bestå av väte och helium - Alla planete otea åt samma håll unt solen och deas omloppsbano ligge nästan i samma plan, som sammanfalle med solens ekvatosplan - De jodlika planetena ha sina omloppsbano näa solen och jätteplanetena ha sina omloppsbano elativt långt ifån solen Utifån detta ha en standadmodell fö solsystemet utvecklats, och de gundläggande dagen diskuteades edan på 1700-talet av filosofen Immanuel Kant. Den modena uppfattningen böja med en supenovaexplosion i näheten av ett intestellät gas- och stoftmoln i vå galax Vintegatan. Supenovan poduceade en tyckvåg som ledde till en lokal fötätning av mateia. På gund av växelvekan med omgivningen så hade molnet en långsam otation fån böjan. Gavitationen gjode så att allt me mateia samlades mot centum. Genom kollapsen blev molnet allt minde men eftesom öelsemängdsmomentet va bevaat så oteade molnet snabbae och snabbae. Rotationen gjode så att ansamlingen av mateia skedde vinkelätt mot otationsaxeln och molnet plattades ut. Det ä fån en sådan skiva som våt solsystem bildades. Fig. 1: Stegen nä våt solsystem uppkom Viskositet och fiktion i skivan gjode att mateial föloade öelsemängdsmoment och fotsatte in mot centum, dä det mesta av massan hamnade. Potosolen minskade sin stolek via gavitationen, vilket gjode att tycket och tempeatuen ökade, så att ett ine tyck som bomsade kollapsen uppstod. Efte 100 miljone å så hade tempeatuen ökat såpass att fusionpocessen dä väte omvandlas till helium kom igång och solen statade sin utveckling som vanlig stjäna. Den omgivande skivan va uspunget till planetena. Den ine delen va fö vam fö att t ex vatten och metan skulle kunna kondenseas, så de ine planetena bestå av ämnen med hög kokpunkt. Pocessen va att stoftkonen kollideade och byggdes upp till småplanete, som däefte kollideade och gav dagens planete. Länge ut fån potosolen i skivan kunde de lättae ämnena poducea jätteplanetena, som mest bestå av väte, helium och metan. Nä fusionen statade i solen blåste solvinden bot all lättae gas och stoft fån solsystemet och planetena slutade att växa. 4
Pocessen fö solsystemets uppkomst gjode att planetena otea åt samma håll i solens ekvatosplan. Sett ovanfö solens nodpol så otea hela solsystemet motus. Eftesom avståndet i solsystemet ä så stoa ha man inföt en skala med utgångspunkt fån avståndet mellan joden och solen, som kallas fö en astonomisk enhet, 1 AE. Alla avståndsmätninga i solsystemet baseas på denna skala. Solsystemet omfattas av solen, de åtta planetena och deas måna samt många anda minde objekt såsom meteoite, asteoide och komete. Fig. : Solsystemets stuktu De minde objekten hitta man t ex i asteoidbältet mellan Mas och Jupite, i Kuipebältet (dä Pluto ingå) som ligge utanfö Neptunus bana och i Oots kometmoln vid gänsen mot den intestelläa ymden. Asteoidbältet kunde ha bildat en planet om det inte voe fö jätteplaneten Jupites gavitation, som tillsammans med solens invekan hålle bältet i ett jämviktsläge. Fig. 3: Asteoidbältet 5
. Solsystemets uppbyggnad Tycho Bahes obsevatione av planetena ledde till Keples te laga fö dynamiken i solsystemet: - Planetbanona ä ellipse med solen i ena fokuspunkten (fig4): Solen Planetbanan - Om man da en linje fån planeten till solen unde samma tidsintevall så komme aean att vaa densamma oavsett om man ä näa elle långtifån solen. Detta innebä att planeten ha en höge hastighet näa solen än långt ifån (fig 5): - T astonomiska enhete. 3 =, dä T ä omloppstiden i å och ä medelavståndet fån solen till planeten i.1 Keples geometi Keples fösta lag säge att planetbanona ä elliptiska med solen i ena bännpunkten. Den matematiska ekvationen fö en ellips ä p =, dä (,θ) ä planpoläa koodinate, p ä semi-latus ectum som ä den äta 1+ε cosθ linjen som sammanbinde solen och planeten och ε ä excenticiteten, som fö en ellips ä minde än ett och noll fö en cikel. Men man kan också skiva om fomeln fö ellipsen med hjälp av me geneella koodinate enligt figu nedan. Vi ha att ap=b som då med hjälp av excenticiteten kan skivas p = a(1-ε ). Då bli ekvationen fö en ellips 6
(1 ε ) = a 1+ ε cosθ Då θ = 0 ä planeten nämst solen och befinne sig i peihelium: min a(1 ε ) a(1 ε )(1+ ε) = = = a(1 ε ) 1+ ε 1+ ε Då θ = 90 gade så ä = p. Fö θ = 180 gade så befinne sig planeten längst bot fån solen vilket kallas aphelium: Fig. 6: Planetbanan max a(1 ε ) a(1 ε )(1+ ε) = = = a(1+ ε) 1 ε 1 ε Vi vill nu visa att min + max = a: x y Den geneella fomeln fö en ellips ä + = 1 dä excenticiteten definieas nä a>b som b a ε = b 1 a. Så ju stöe excenticiteten ä desto me avlång ellips få man. Med c som c avståndet fån oigo till den ena av bännpunktena så bli ε =. a Med detta kan vi beäkna vad min + max bli: c c min + max = a(1 ε ) + a(1+ ε) = a(1 ) + a(1+ ) = a c+ a+ c= a a a Detta stämme mycket ba eftesom summan av det längsta och kotaste avståndet planeten ha till solen ä a. Nä Keple fomuleade sina laga så hade han ingen insikt om gavitationskaften och dess invekan på planetenas öelse. Istället ägnade han sig åt geometiska föklainga till de olika lagana. 3. ewtons betydelse Isaac Newton insåg att planetenas öelse beo på attaktion via gavitationskaften. Han publiceade sina teoie 1687, dä gavitationslagen tillsammans med de te öelselagana kunde föklaa koppas öelse i univesum. De används än idag nä ymdsondes bana skall beäknas i solsystemet. 7
3.1 Gavitationslagen Newtons gavitationslag säge att vaje massa attahea en annan massa med en kaft som följe den äta linje som binde de båda massona. Stoleken på kaften ges av m1m F = G,dä F = gavitationskaften 11 G = gavitationskonstanten, vädet ä 6,67 10 m / kg m 1 = massan fö den fösta koppen m = massan fö den anda koppen = avståndet mellan de två massona Det ä också med gavitationslagen som man få gavitationsacceleationen fö t ex joden. Avståndet kan sättas jodens adie eftesom den stäcka som massan falle ä mycket minde än jodens adie R. Newtons anda lag a = F/m (se nedan) ge gavitationskonstanten M g = G, dä M ä jodens massa och R ä jodens adie. Insatta väden ge 9,8 m/s, vilket R ä obeoende av massan på det som falle. Vilket ä också det som Galileo Galileis expeiment med bolla ullande på ett lutande plan visa. Anda väden på M och R ge anda väden fö tyngdacceleationen på de anda planetena. 3. ewtons te öelselaga Lagana ä 1. Töghetslagen: ett föemål föbli i vila elle likfomig öelse så länge inga ytte kafte veka på föemålet. Nettokaften på ett föemål ä lika med massan gånge acceleationen elle F = ma 3. Fö vaje kaft som veka på ett föemål, komme föemålet att ge upphov till en lika sto men motsatt iktad kaft Newtons laga föklaa hu koppa ö sig elativt vaanda. Nä den ena koppens massa ä mycket stöe än den andas så komme den minde koppen att öa sig i omloppsbana king den stöe. Och den stöe komme att uppfattas som om den voe fix i sin position eftesom masscentum komme att befinna sig innanfö adien av den stöe koppen. Solen och joden påveka således vaanda med lika sto kaft enligt den tedje lagen, men den ofantliga skillnaden i massa gö att jodens påvekan på solen ä fösumba enligt den anda lagen. Newtons laga möjliggö anda type av bano dä den minde massiva koppen följe en bana som ä paabolisk elle hypebolisk. Detta stide mot Keples laga med enbat elliptiska bano. Newtons laga kan också tillämpas då himlakoppana ha liknande masso i t ex en dubbelstjäna. De båda koppana komme då att öa sig king ett gemensamt masscentum. 8
3.3 ewtons laga i planpoläa koodinate Vi komme nu att utifån Newtons laga häleda Keples laga. Om man kombinea Newtons gavitationslag med Newtons anda lag få man: m1m m a= G. Med planpoläa koodinate kan man skiva om de två lagana till F = m & och m1m F = G ( ˆ) dä & & ä stäckan deivead två gånge med avseende på tiden och ˆ ä enhetsvekton som ange iktningen i våt koodinatsystem. Sätte man de lika få man m m m & 1 = ( ˆ ) G, eftesom planeten ä mycket lättae än solen så kan man botse fån den acceleation som planeten ge solen. Avståndet mellan solen och planeten skivs som = ˆ som med od betyde att avståndet gånge enhetsvekton ˆ ge avståndet i det planpoläa koodinatsystemet. Om vi nu deivea avståndet med avseende på tiden få vi hastigheten & = & ˆ+ & ˆ, dä den sista temen kan skivas om. Vid en cikulä öelse kan man skiva θ ˆ ˆ & = & θ. Då kan vi skiva om ekvationen till & = &ˆ + & θ ˆ θ och få då hastigheten. Deiveas den en gång till fås acceleationen ( ˆ ˆ) ( ˆ ˆ & & = && + & & + & & θθ + && θθ + & θ ˆ) θ Eftesom ˆ& θ = & θˆ så bli acceleationen & = (&& & θ ) ˆ + ( && θ + & & θ ) ˆ θ. Genom att analysea den sista ekvationen få vi eda på vilka fysikaliska kafte som påveka planetens acceleationen. Den fösta delen (& & θ ) ˆ innebä en centipetal acceleation & θ. Den anda delen ( & θ + & & θ ) ˆ θ gö att vinkelhastigheten & θ utsätts fö coiolisacceleation & & θ, som ge en fiktiv kaft i ett oteande system. Man kan nu skiva om Newtons anda lag som F = m & = m( && & θ ) ˆ + m( && θ + & & θ ) ˆ θ och sätte den lika med gavitationskaften M (& & θ ) ˆ + ( && θ + & & θ ) ˆ θ = G ˆ dä M = solens massa Hastigheten Centipetal kaften Rotationsaxel Coioliseffekten Fig. 7: Coioliseffekten 9
Genom att identifiea bägge sido fås två diffeentialekvatione som beskive öelsen hos planeten. Den fösta ä den adiella acceleationen och den anda ä den tangentiella acceleationen, enligt & M && θ = G && θ + & & θ = 0 3.4 Analysen av ewtons laga Lösning av & θ + & & θ = 0 fås genom att föst dela med & θ, vilket ge && θ & + = 0, integation ge & θ log & θ + log = logc dä C = konstant, vilket ge & θ = C. Således ä det specifika öelsemängdsmomentet vinkelhastigheten & θ ändas. & θ en konstant, även om avståndet elle Röelsemängdsmomentet kan också skivas som L= mv dä ä en kysspodukt. Hä gälle det att = ˆ så att & = &ˆ + & θ ˆ θ. Stoleken på öelsemängdsmomentet bli L = m& = m & θ Jämföelse med ekvationen ovan ge att C ä öelsemängdsmomentet pe massenhet. Eftesom öelsemängdsmomentet ä konstant så måste vidmomentet, som ange föändingen i öelsemängdsmomentet, vaa lika med noll ( τ = dl / dt ). Fysikaliskt ä föklaingen att gavitationskaftens veka adiellt, så det finns ingen hävam fö vidmomentet att veka på. Alltså måste vidmomentet vaa lika med noll. Fig, 8: Skiss öve Keples anda lag Att öelsemängdsmomentet ä konstant fö planeten ha också en annan fysikalisk inneböd. Antag att planeten fädas fån P till P unde ett kot tidsintevall δt. I figuen ovan epesentea S solens position och linjena SP och SP ä ungefä lika stoa som. Stäckan v PP' PP få man genom den tigonometiska elationen tan δθ = v och eftesom vinkeln δθ ä liten kan man skiva om elationen till PP = v δ v θ dä vinkeln δ v θ ä den vinkel i adiane som binde samman solen och planeten. Röelsen ske unde tiden δt. Detta lede till att 10
1 1 v v v tiangelns aea PSP kan appoximeas till δa= basen höjden= δθ dä δa ä den aea som den äta linjen som binde samman solen och planeten svepe unde tidsintevallet δt. Den aea som sveps unde tidsintevallet δt beäknas genom lim δa 1 = lim δt 0 δt δt 0 v v v δθ & θ C = = δt Eftesom öelsemängdsmomentet ä konstant så innebä detta att den äta linjen som binde samman solen och planeten svepe lika stoa aeno unde ett lika stot tidsintevall. Keples anda lag ä en följd av öelsemängdsmomentets bevaande. GM Den adiella acceleationen (& & & θ )( ˆ) = ( ˆ ) visa att den adiella acceleationen v k beo på solens gavitationskaft, vilken kan skivas F = ˆ, dä k = GM. Den potentiella k v v enegin i ett gavitationsfält bli då V ( ) =. Fån Newtons anda lag vet vi att F = m &, v v v d v v så att m & m & = m m & v θ θ = mf, dä temen m & θ ä öelsemängdsmomentet dt multiplicead med massan. Vi vet fån den tangentiella ekvationen att v v d L dv v öelsemängdsmomentet L ä bevaat, så m v = v = F. 3 dt m d Om vi anta en cikulä bana så skulle den fösta temen i vänsteledet vaa lika men noll, eftesom adien i en cikel ä konstant. Den kaft som då veka ä centipetalkaften, iktad adiellt inåt. v d L d Med vaiabelbytet = v dt m kan man skiva om sista ekvationen till dθ v L d L d L dv v v v = 3 v dθ m dθ m d 1 Fö att lösa denna ekvation sätte vi u ( θ ) =,dä = (θ ) ge banans utseende och ( θ ) m v ekvationen bli dä med endimensionell. Multiplicea båda sidona med och få då L d u m d diffeentialekvationen + u = V (1/ u) dθ L du k Den potentiella enegin bli V ( ) = = ku och lösningen av den diffeentiella ekvationen bli då 1 km u = = ( 1+ ecos( θ θ )) 0, ( θ ) L 11
dä e ä excenticiteten och θ 0 ä en konstant vinkel som bestäms av koodinataxlanas position. Lösningen av den diffeentiella ekvationen beskive flea möjliga bano en kopp kan ha. e = 0 ge en cikulä bana e<1 ge en elliptisk bana e = 1 ge en paabolisk bana e>1 ge en hypebolisk bana. L Om man välje θ 0 = 0 så få man ( θ ) = km dä e<1 då öveensstämme med Keples 1+ ecosθ fösta lag att planetes bano ä elliptiska med solen i ena bännpunkten. Excenticiteten kan också elateas till den totala enegin E eftesom banona bli EL = 1+. De olika k m e Elliptiska om E<0 och k<0 Paaboliska om E=1 och k<0 Hypeboliska om E>0 och k>0 T Keples tedje lag säge att = k dä k ä en konstant, ä medelavståndet fån solen till 3 planeten och T ä peioden det ta fö planeten att gå ett helt vav unt solen. Om vi ta joden och dess bana king solen så ä = 1 AE och T = 1 å således ä konstanten lika med 1. Sambandet fås me exakt genom att studea sambandet mellan peioden och acceleationen i en cikulä bana. Den stäcka som planeten fädas ä omketsen fö sin fö tillfället cikuläa bana och den tid det ta fö planeten att gå ett helt vav fås genom att dela stäckan med den π tangentiella medelhastigheten, T =. v t I en cikulä bana skulle planeten utsättas fö både en vinkelacceleation och en centipetal acceleation. Stoleken hos centipetalacceleationen fås fån den tangentiella hastigheten, vt ac =. Detta samband tillsammans med Newtons anda lag kan skivas som vt m4π F = mac = m. Om vi kombinea detta med fomeln fö peioden få vi F =. T Vi vet sedan tidigae att gavitationen ge upphov till en hastighetsföänding nä planeten ä på väg mot solen jämföt med nä den ä på väg bot. Planetens peiod beo då på den kaft solen utöva på planeten. GMm m4π = T 4π 3 T = GM 1
Men eftesom planeten ö sig i en elliptisk bana och utöva en kaft på solen bli sambandet 4π 3 T = a dä a ä stoaxeln hos ellipsen. G( M + m) 4. Hastighetsekvatione Det ä två hastighete som ä av intesse i solsystemet. Den ena ä banhastigheten och den anda ä flykthastigheten, som ä den hastighet något måste ha fö att lämna en himlakopps gavitationsfält. 4.1 Hastighetsekvationen Banhastigheten beo på planetens läge, och bestäms av den totala enegin fö planeten E = 1 mv GMm, dä m ä planetens massa. Fö bano som ä elliptiska elle cikuläa ä GMm den totala enegin E =, dä a ä stoaxeln hos ellipsen. Om vi sätte de båda a GMm 1 GMm ekvationena lika få vi = mv. Löse man ut hastigheten pch fökota a 1 1 bot massan m bli v = GM +. Om vi sätte µ=gm fås att v= µ, dä a a v = hastigheten hos planeten = avståndet fån solen a = stoaxeln, dä a>0 ä en ellips, a = elle 1/a = 0 ä en paabel och a<0 ä en hypebol. 4. Flykthastigheten Flykthastigheten ä den hastighet ett föemål måste ha fö att kunna fädas oändligt långt ifån fån himlakoppen (planeten) utan att das tillbaka av himlakoppens gavitation. Det innebä att den kinetiska enegin pecis ska övevinna den potentiella enegin hos himlakoppen, dvs 1 GMm mv =. Flykthastigheten bli v= GM µ =. 13
5. Solen vå stjäna Solen (Fig. 9) ä en stjäna som ö sig unt centum av vå galax Vintegatan. Avståndet mellan solen och Vintegatans centum ä 6 000 ljuså, och det ta solen 50 miljone å att gå ett vav unt centum. Me än 99 pocent av solsystemets massa finns i solen, som ä en medelsto stjäna och ha en 30 massa på 1,99 10 kg. Solen bestå till mestadels av väte som utgö 74 % av massan, och 5 % helium. Den esteande pocenten ä tunga gundämnen som fanns i solen edan fån böjan. Enegin fån solen komme fån fusion i solens centum, nä väte omvandlas till helium. Pocessen stata nä tempeatuen övestige ca 10 7 K och kallas fö poton-poton- kedjan enligt: + 1 1 + 1. p + p d + e + ν som också kan skivas som H + H H + e + ν 1 3. H + H He+ γ 3 3 4 1 1 3. He+ He He+ H + H Tempeatuen måste vaa så hög fö att potonenas epulsionen ska övevinnas. I potonkollisionen omvandlas den ena till en neuton och en positon e + och en neutino ν sänds ut. Potonen och neutonen bilda väteisotopen deuteium H, medan positonen täffa en elekton så att patiklana omvandlas till gammastålning. Neutinon växelveka inte med mateia och passea genom solen obehindad. I steg två så kollidea deuteiumkänan med en poton och bilda heliumisotopen 3 He och gammastålning figös. I steg te kollidea två heliumisotope 3 He och en heliumkäna 4 He bildas tillsammans med två potone 1 H. Nettoeaktionen ä: 4 potone en heliumkäna + stålning Fusionspocessen poducea enegi som stömma ut mot solens yta. Hu mycket enegi som stömma ut kan man beäkna genom att jämföa massan fö patiklana föe fusionen och 14
efte. Den masskillnad man få kan med Einsteins fomel enegin. Masskillnaden (massdefekten) ä 4m m( He) = 0,007 4, dä m p = potonens massa 4 p m p E = mc äknas om till den figjoda Fusionen innebä att 0,7 % av massan fö 4 potone omvandlas till enegi, och enegin bli pe eaktion E = 0,007 4m c = 0,007 4 1,673 10 p 7 (3 10 8 ) 1,6 10 19 = 6, MeV. Den enegi pe kvm som täffa jodens atmosfä pe sekund ä 1367 J/m. Eftesom enegin som solen sände ut spids lika åt alla håll kan man tänka sig solen som centum av en sfä dä enegin spids ut på sfäens yta (Fig. 10). På så sätt kan man beäkna hu mycket enegi som solen sände ut vaje sekund genom fomeln enegi= 1367 4π R = 3,9 10 dä R = 1 AE. Motsvaande effekt kallas fö luminositet 6 och ä solens fall 3,9 10 W. Det gå också att beäkna hu mycket solens massa minska genom den utsända enegin via Einsteins fomel E = mc. Massfölusten pe sekund ä 6 E 3,9 10 9 m= = = 4,3 10 kg/s c 8 (3 10 ) 6 J Massfölusten ä fösumba i jämföelse med den totala massan på 30 10 kg. 15
5.1 Solens stuktu 1. Känan, hä ske fusionen av väte till helium plus enegi. Stålningszonen 3. Konvektionszonen 4. Fotosfäen, solens yta som ha tempeatuen 5700 K. 5. Solfläck 6. Potubeans, en euption av gas 7. Koonan Solen bestå av plasma och ä således ingen fast kopp (se fig.11). Rotationen gö att solen bli tillplattad vid polena och att otationspeioden beo på latituden (diffeentiell otation). Solen otea snabbae vid ekvaton än vid polena, peioden ä 5 dygn vid ekvaton och 35 dygn vid polena. Solen befinne sig i både hydostatisk och temisk jämvikt. Att solen befinne sig i hydostatisk jämvikt kan föklaas med de kafte som veka på ett godtyckligt lage (se fig.1). Skiktet utsätts fö ett tyck uppifån av massan som finns ovanfö, och utsätts fö ett tyck neifån av den vama gasen som vill upp och gavitationskaften som veka på dess egen vikt. På gund av detta vet man att tycket öka inåt mot solens centum, vilket öka tempeatuen. Tycket fån massan ovan Skiktet Gavitationskaften Tycket fån gasena undeifån Den temiska jämvikten föklaas genom att tempeatuen i de olika skikten i solen ändas med djupet medan tempeatuen ä konstant i själva skiktet. Fö att solen ska vaa i temisk jämvikt måste den enegi som skapas i fusionen i känan tanspoteas till solens yta dä den kan stålas ut och inte ansamlas på vägen. 16
Solen bestå av joniseat plasma dä elektonena figjot sig fån atomkänona. Plasma ä det tillstånd som ä vanligast fö mateia ute i ymden och ä också det tillstånd som mateia måste befinna sig i fö att fusion ska föekomma. Densiteten hos solplasmat avgö stuktuen, och vädet minska exponentiellt ju länge ifån solens centum man komme. Solens adie mäts fån dess centum till fotosfäen (se fig.) Med hjälp av helioseismologi ha man tagit eda på solens ine stuktu. Metoden innebä att ljudvågona inuti solen analyseas med hjälp av solspektum. Vibationena gö att ytan ö sig upp och ned peiodiskt. Resultaten ge infomation om mängden helium i känan och i konvektionszonen, tjockleken på konvektionszonen, samt tyck och tempeatu inuti solen. 5. Känan Solens käna ä ca 10 % av dess volym men den innehålle 40 % av dess massa. Känans densitet ä 150 000 kg/m 3, vilket ä 150 gg stöe än densiteten vatten ha på joden. Det ä i känan som fusionen ske och estpodukten bli stålning som absobeas av plasman och emitteas i alla iktninga. 17
5.3 Stålningszonen Stålningszonen utgö ca 70 % av solen. Det ä hä som enegin fån fusionen tanspoteas utåt genom stålning. Enegin fån fusionen spids mot elektonena igenom hela stålningszonen, och eftesom fotonena måste spidas många gånge så ta det lång tid fö enegin att passea. I stålningszonen sjunke tempeatuen kaftigt med avståndet fån centum, vilket gö att effektiviteten minska. Enegin tanspoteas då istället via konvektion i konvektionszonen. Känan och stålningszonen otea som en fast kopp medan omådet utanfö otea diffeentiellt. 5.4 Konvektionszonen I konvektionszonen tanspoteas enegin genom att uppvämd plasma stige upp till fotosfäen dä den kyls av och sjunke tillbaka och cykeln böja om. 5.5 Fotosfäen Fotosfäen ä solens synliga yta och ä vaifån solljuset emitteas. Tempeatuen ä 5770 K, och vid denna tempeatu så dominea det gula ljuset i stålningsspektum. Fotosfäen bestå till stösta delen av väte men även av alla de öviga ämnena som finns inuti solen och ä ca 400 km tjock. Det ä de negativt laddade jonena som absobea mycket av stålningen undeifån och som gö fotosfäen ogenomskinlig. Om man titta med iktigt sto föstoing på ytan så syns bubblo, så kallade ganulatione som ä det yttesta delen av konvektionszonen. Ganulationena famtäde och fösvinne på baa ett pa minute. Nä bubblan ha kylts av vid ytan och avgett sin enegi i fom av stålning sjunke den igen och fösvinne. 5.6 Komosfäen Den lägsta tempeatuen på ca 4 000 K hitta man i ett omåde 500 km ovanfö fotosfäen, vapå komosfäen böja. Tjockleken ä 000 km och tempeatuen öka med höjden till ca 100 000 K. Densiteten ä en tiotusendel av fotosfäens och gö komosfäen genomskinlig. Det ä däfö vi baa kan se komosfäen vid en total solfömökelse. Ovanfö komosfäen finns ett gänsomåde dä tempeatuen stige till en miljon kelvin. Vid denna tempeatu bli helium helt joniseat. Detta gänsomåde ha inget klat definieat skikt utan befinne sig i en konstant kaotisk öelse med gasutbott. 18
Bilden visa den kaotiska öelsen i gänsomådet ovanfö komosfäen. 5.7 Koonan Koonan ä det yttesta omådet av solens atmosfä. Koonans tempeatu ä flea miljone Kelvin. Den höga tempeatuen beo på enegiöveföing via solens magnetfält. Den låga densiteten gö att koonan avge lite väme och ljus. Vädet ä 10 11 atome pe kubikmete jämföt med 10 3 atome pe kubikmete i fotosfäen, vilket gö koonan genomskinlig. 5.8 Solvinden Solvinden ä en stöm av laddade patikla, fämst potone, som stömma ut u koonahålen. Patiklana övevinne solens gavitation genom den höga tempeatuen och dämed den höga kinetiska enegin. Hu patiklana acceleeas ä ännu oklat. Solvinden stöte bot det intestelläa mediet som omge solsystemet, och den bubbla som skapas kallas fö heliosfäen. Kanten på bubblan anses vaa den ytte gänsen fö våt solsystem. Solvinden gö att kometenas svansa alltid peka bot fån solen. 19
5.9 Solfläcka Solfläcka ä ieguljäa möka omåden i fotosfäen med en läge tempeatu än sin omgivning och dä den magnetiska aktiviteten bomsa konvektionen. Plasmaflödet unde ytan och solens diffeentiella otation ge upphov till och sty solfläckana. Solfläckana kan ha en diamete fån 1000 km upp till tiotusentals km. Kontasten mellan solfläckana och omgivningen ge en tempeatuskillnad på ca 000 gade, vilket gö att man uppfatta solfläckana som möka. Solfläckana upptäde ofta i guppe, och ha ett magnetfält som ä 1000 gånge stakae än nomalt. De bilda oftast pa med olika magnetisk polaitet, vilket skapa magnetfält i fom av öglo som byte igenom fotosfäen ända ut i koonan. Solfläckana genomgå en ås cykel, genom att de uppstå vid polena och vanda mot ekvaton dä de kotsluts. Kotslutningen omvandla den magnetiska enegin till kinetisk och potentiell enegi som väme upp koonan. I utbotten uppstå solsystemets mest enegiika pocess dä miljade ton plasma slungas ut i ymden i en s.k. Coonal Mass Ejection. Solfläckana gö att den solenegi som täffa joden vaiea med solfläckscykeln, men effekten ä begänsad till 0,1%-nivån. Det ä oklat om detta ge någon effekt på det globala klimatet. Likaså ä solvindens eventuella invekan på klimatet okla. 5.10 En stjänas utveckling Solen ä just nu 4,57 miljade å gammal. Denna ålde ha man kommit fam till genom datomodelle fö stjänutveckling. Solen ä således halvvägs igenom den fas då vätefusion ske i känan unde totalt tio miljade å. Om 6 miljade å ä solens väte i centum föbukat vilket gö att den ine delen kompimeas nä det ine tycket minska. Då tempeatuen ökat till 100 miljone gade så stata heliumföbänning i centum, vavid enegi figös som stata vätefusion i ett skal unt känan. Den figjoda enegin öka det ine tycket så att den ytte delen svälle upp och solen bli en öd jätte. Stoleken växe och nå ända fam till jodens bana. Nä alla käneaktione upphöt kollapsa centum och bilda en vit dväg med samma stolek som joden, medan ytlaget stös iväg som en planetaisk nebulosa. Den vita dvägen svalna sakta, och bli till slut en svat dväg efte flea miljade å. Den viktigaste paameten fö en stjänas utveckling ä dess massa; en stöe massa än solens ge en snabbae utveckling och tvätom. Utvecklingen kan ses i ett Hetzspung- Russell diagammet (HR-diagammet) (se fig.), dä stjäno guppeas efte luminositet (effekt) och yttempeatu. Dessa två egenskape bestäms baa av stjänans massa men det ä också två egenskape som ä lätta att obsevea. 0
Luminositet Rödajätta Huvudseien Vita dväga Kelvin 0 000 10 000 6000 3000 Tempeatu Genom att titta efte va en stjäna befinne sig i HR-diagammet och använda sig av olika modelle kan man avslöja mycket om dess liv: hu gammal den ä, hu sto den ä, hu länge den ha levt, vad som ha hänt den tidigae och vad som komme att hända i famtiden. Allt eftesom stjänona genomgå olika fase av sitt liv flytta de sig unt i HR-diagammet efte me elle minde kompliceade mönste. De flesta stjäno ligge på ett band som löpe diagonalt tväs öve diagammet. Detta band kallas fö huvudseien, och det ä dä stjänona tillbinga stösta delen av sitt liv. De befinne sig då i jämvikt och poducea enegi genom att omvandla väte till helium. På huvudseien ligge stjänona soteade efte hu tunga de ä. De tyngsta stjänona ä heta och ljusstaka, och finns uppe till vänste i diagammet, medan de små och ljussvaga stjänona finns nee till höge. Vå egen sol ä en medelsto stjäna och befinne sig i mitten av huvudseien. Jättestjänona ha lämnat huvudseien och få sin enegi fån helium- och kol-föbänning osv. I vaje steg minska antalet atomkäno och motsvaande fusionspocess ta allt kotae tid. De tyngsta stjänona kollapsa sedan katastofalt till en neutonstjäna elle svat hål, samtidigt den ytte delen explodea som en supenova, vilket ge de tyngsta gundämnena genom neutoninfångning. Restena spids i supenovan och bida med mateial till nästa geneation stjäno inuti intestelläa moln. Unde huvudseien åtefinns de vita dvägana, dä käneaktionena upphöt. 1
6. Planetena i våt solsystem Enligt den Intenationella Astonomiska Unionen, IAU, definieas en planet som ett objekt som ketsa solen och som ä tilläckligt sto fö att dess gavitation ska ha gjot den sfäisk, och dessutom ha ensat sin omgivning på minde objekt. Det ä denna definition gjot att Pluto inte länge äknas som en planet. Solsystemet ha åtta planete som ä uppdelade i två guppe, de jodlika och jätteplanetena. De fya ine jodlika planetena ä Mekuius, Venus, Joden och Mas. De kännetecknas av att de ä elativt små och med en fast yta som ä äad av kata. Unde ytan finns en mantel av magma och en käna av tynge ämnen som jän. Detta beo på att tynge ämnen sjönk in mot centum nä planeten va i smält fom i böjan. De fya jodlika planetena i skalenlig stolek: Mekuius, Venus, joden och Mas. De fya ytte planetena ä gasjättana Jupite, Satunus, Uanus och Neptunus. Stoleken ä betydligt stöe och de sakna fast yta. Stoleken gö att densiteten bli läge, och deas snabba otation ge en avseväd tillplattning vid polena. Medelavstånd fån solen [AE] Medelavstånd fån solen [10 6 km] Massa [kg] Densitet [10 3 kgm -3 ] Radien vid ekvaton [10 6 m] Rotations peiod [h] Solen - - 1,99. 10 30 1,41 696 600 Mekuius 0,3871 57,9 3,30. 10 3 5,43,48 1406,4 Venus 0,733 108, 4,86. 10 4 5,4 6,10 583 Joden 1,0000 149,6 5,98. 10 4 5,51 6,38 4 Mas 1,537 7,9 6,41. 10 3 3,94 3,40 5 Jupite 5,08 778,3 1,89. 10 7 1,3 71,35 10 Satunus 9,540 1 47,0 5,68. 10 6 0,69 60,33 17 Uanus 19, 875,0 8,68. 10 5 1,1 5,60 0,05 Neptunus 30,07 4 496,6 1,0. 10 6 1,67 4,75 9
Banhastigheten Flykthastigheten Antal Gavitationen Omloppstid [km/s] [km/s] måna [ms - ] Mekuius 47,87 4,5 0 3,7 88 d Venus 35,0 10,36 0 8,87 5 d Joden 9,79 11,18 1 9,80 365 d Mas 4,13 5,0 3,71 687 d Jupite 13,06 59,56 63 3,1 11,86 å Satunus 9,66 35,49 56 10,44 9,40 å Uanus 6,80 1,30 3 8,96 83,75 å Neptunus 5,44 3,50 13 10,74 163,70 å 6.1 Mekuius Mekuius ä den planet som ä nämst solen. Den ha inga måna och ä den minsta av alla planete. Den ha ingen mäkba atmosfä och yttempeatuen ä unde dagen 47 gade Celsius och minus 183 gade Celsius unde natten. Dess yta likna månens då den ha många kata. På gund av sin nähet till solen få Mekuius 5,5 gånge me enegi fån solen än joden. Densiteten ä mycket hög, fömodligen osakad av att det ytte laget på planeten skalades av vid en kollision nä planeten va ung. 6. Venus Venus ä nästan lika sto som joden och ha en tjock atmosfä av koldioxid och kväve. Fån böjan hade Venus mängde med vatten, men näheten till solen gjode att vattenmolekylena slogs sönde i väte och sye. Vätet fösvann ut i ymden medan syet bands i olika föeninga. Utan vatten fanns ingen möjlighet fö koldioxid att lagas utan den stannade kva i atmosfäen, vilket ha lett till en skenande växthuseffekt som ha höjt yttempeatuen till 461 gade Celsius. Molnen på Venus bestå av svavelsya, och ytan ä en to öken utan tektonik och med ett atmosfästyck som ä 9 gånge stöe än jodens. Atmosfäen eflektea mycket av solljuset, vilket föklaa planetens höga ljusstyka. Venus ha en jänkäna men inget magnetfält pga sin långsamma otation. 6.3 Joden Joden ä självklat den mest studeade planeten i solsystemet. De aktiva vulkanena visa att det ine ä flytande, och magmaöelsena poducea en elektisk stöm som ge ett skyddande magnetfält. Stuktuen bestå av en het jänkäna, ytte käna, mantel och jodskopa. Ytan ä täckt till 70 % av vatten och tempeatuen ligge mellan 60 gade och 89 gade Celsius. Om växthuseffekten inte hade funnits hade vattnet vait konstant fuset och liv hade knappast kunnat existea. Till skillnad fån de anda jodlika planetena så ä jodskopan uppdelad i platto som flyte på manteln, vilket kallas fö tektonik. Kontinentalplattonas öelse ge jodbävninga och vulkanutbott. Det finns åtta stycken stoa platto och ca 0 stycken minde. Plattonas öelse gö att nytt mateial fån jodens ine fös upp till ytan vid den mitt-atlantiska yggen. 3
Jodens atmosfä ä ca 100 km tjock och bestå till 78 % av kväve, 1 % sye och 1 % av anda ämnen såsom koldioxid, vattenånga och ädelgase. Atmosfäen och oceanena eglea tempeatuen så att extemväden inte uppkomme. Åstidena osakas av jodaxelns lutning på 3,5. På gund av denna lutning ä det olika åstide på den noa och söda halvklotet, beoende på vilken halva peka mot solen unde jodens vav unt solen. Nä joden befinne sig i den del av banan då det noa halvklotet luta mot solen bli solhöjden stöe och dagana länge, så att vå-somma uppkomme. Åstidena beo således inte på att jodens avstånd till solen vaiea unde ået. Joden ha en sto måne som ä ungefä en fjädedel av jodens stolek. Fån joden ä det alltid famsidan som syns vilket beo på att månen otea king sin egen axel unde lika lång tid den otea ett vav king joden. Medelavstånd Radie Massa Densitet Gavitation fån joden [km] [km] [kg] [kg/m 3 ] [ms - ] Månen 384 400 3476 7,35. 10 3 346 1,6 6.4 Mas Mas ä den fjäde planeten fån solen och ä den planet som ä nämast joden men ä ungefä hälften så sto. Bilden till vänste visa den högsta vulkanen i solsystemet, Olympus Mons, som ä 4 km hög(fig.). Idag ha Mas ha inga aktiva vulkane, ingen tektonik och inget flytande vatten. På ytan finns det däemot tydliga bevis på gamla flodsystem. Nodoch sydpolena ä täckta med iskalotte som innehålle vatten och koldioxid, och som växe och kympe med åstidena. Den högsta tempeatuen vid ekvaton ä 0 gade Celsius och som kallast -140 gade Celsius. Mas kallas fö den öda planeten på gund av sin öda yta. Fägen beo på stoa mängde jänoxid, 95 %, som finns i ytan och i atmosfäen. Fömodligen ha dess jänkäna sedan länge svalnat och stelnat, vilket ha gjot att det i begynnelsen så staka magnetfältet fösvunnit. Utan ett skyddande magnetfält ha solvinden eodeat bot atmosfäen så att det fömodade havet på noa halvklotet tokat ut. Den tunna atmosfä som finns kva bestå av koldioxid. Mas ha två måna, Phobos och Deimos, som ä små och ha en oegelbunden fom och kan vaa infångade asteoide. Måna Medelavstånd fån Mas [km] Radie [km] Massa [kg] Densitet [kg/m 3 ] Gavitation [ms - ] Phobos 9377 11 1,07. 10 16 1,9 0,0084 Deimos 3 460 6,3,4. 10 15, 0,0039 4
6.5 Jupite Jupite (fig.) ä den stösta planeten i solsystemet, och dess massa ä två gånge stöe än alla de anda planetenas massa tillsammans. Jupite ä tillsammans med Satunus, Uanus och Neptunus en gasjätte, vilket innebä att den inte ha en fast yta. Atmosfäen bli tätae och tycket öka ju länge in mot centum man komme. Den synliga ytan ä den övesta delen av molnlaget. Jupite ha pecis som de anda gasjättana inga men de bestå till mestadels av sten och ä svåa att se. Jupite bestå till 90 % av väte och ca 10 % helium, esten ä metangas, vatten och sten. Planetens utseende beo på gasmoln som ö sig kontinueligt unt planeten. Gasmolnen ha en bandstuktu, de ljusa linjena kallas fö zone och de möka fö band. Jupite ha en sto öd fläck som ä ett gigantiskt stomsystem (se fig.), ca dubbelt så stot som joden. Stomen ha vaat i hundatals å och upptäcktes på 1600- talet. Den ä alltså mycket stabil och otea motus. Tycket öka så snabbt mot centum att gasen ganska snat övegå i en vätska. Vätet bli så kompimeat att det övegå i metallisk fom, som lede stöm mycket ba. Tycket ä då 1,4 miljone gånge jodens atmosfästyck. Detta tillsammans med den snabba otationen på baa 10 timma ge gigantiska elstömma och dämed ett extemt stakt magnetfält. Stålningsbältena unt Jupite ä däfö bland de faligaste platsena i solsystemet. Jupite sände ut dubbelt så mycket enegi som den ta emot fån solen. Den ine enegin komme fån gavitationsenegi som lagats sedan planetens tillkomst. Genom att massan ä så sto ä en sto enegimängd lagad. Jupites fya stösta och mest kända måna ä de så kallade Galileiska månana som Galilei upptäckte på 1600-talet. De kan ses även med en liten handkikae. Galileiska måna Medelavstånd fån Jupite [km] Radie [km] Massa [kg] Densitet [kg/m 3 ] Io 41 600 181 8,9. 10 359 Euopa 670 900 1561 4,8. 10 3018 Ganymedes 1 070 000 631 1,5. 10 3 1936 Callisto 1 883 000 411 1,1. 10 3 1851 5
6.6 Satunus Satunus (fig.) ä den sjätte planeten fån solen och den näst stösta i solsystemet. Planeten bestå 93 % av väte och 7 % av helium. Den ytte atmosfäen ä uppdelad pecis som Jupite i vetikala band. Satunus ha mycket gemensamt med Jupite: snabb otation, en ine temisk poduktion, atmosfäens sammansättning, en käna av metalliskt väte och ett stakt magnetfält. Det mest distinkta med planeten ä dess inga (se fig.). Ringana bestå av is och anda kometfagment och eflektea ljus mycket ba. Patiklanas stolek vaiea fån sandkon till flea mete i stolek. Ringana ä tunna, ca 100 km, med individuella bano unt Satunus. Planeten ha många måna, 56 st, och nya måna hittas fotfaande. Den mest kända ä Titan, som ä solsystemets enda måne med atmosfä bestående av kväve, agon och metan. Det finns även spå av etanol, koldioxid, vatten m.m. Tempeatuen på Titan ä -180 gade Celsius, så de sjöa som nyligen upptäckts bestå av kolväten, inte vatten. Den euopeiska landaen Huygens lyckades ta bilde fån Titans yta. De fem stösta månana ä Thetys, Dione, Rhea, Titan, Iapetus. Satunus fem stösta måna Medelavstånd fån Satunus [km] Radie [km] Massa [kg] Densitet [kg/m 3 ] Thetys 94 00 59 6,1. 10 0 973 Dione 377 400 560 1,1. 10 1 1 095 Rhea 57 040 764,3. 10 1 1 40 Titan 1 1 850 5 150 1,34. 10 3 1 880 Iapetus 3 561 300 70 1,6. 10 1 1 70 6
6.7 Uanus Uanus ä den sjunde planeten fån solen. Dess mest utmäkande dag ä att dess otationsaxel ha en lutning på 98 gade (se fig.), vilket innebä att planeten ulla i sin bana unt solen samtidigt som åstidena bli 0 å långa. Uanus ä gönblå och fägen beo på metankistalle i atmosfäen som absobea allt ött ljus. Atmosfäen bestå av 79 % väte, 18 % helium och 3 % metan. Uanus ha ett magnetfält och ett mökt och litet ingsystem som upptäcktes föst å 1977. Tempeatuen på ytan ä -0 gade Celsius och längst in finns en fast käna. Planeten ha ingen ine poduktion av väme. Antalet måna ä 3 vaav de fem stösta ä Mianda, Umbiel, Titania och Obeon. Uanus fem stösta måna Medelavstånd fån Uanus [km] Radie [km] Massa [kg] Densitet [kg/m 3 ] Mianda 19 390 36 6,6. 10 19 1 00 Aiel 191 00 579 1,35. 10 1 1 670 Umbiel 66 300 585 1,17. 10 1 1 410 Titania 435 910 789 3,53. 10 1 1 70 Obeon 583 50 761 3,01. 10 1 1 630 6.8 eptunus Neptunus (fig.) ä den åttonde och sista planeten i solsystemet. Planeten ä mycket lik Uanus, samma kemiska sammansättning, fäg, atmosfä, fast käna, ett ingsystem och ett magnetiskt fält. Den ha vita moln som ä metanis. Tempeatuen på Neptunus ä -40 gade Celsius. Rotationen medfö att atmosfäen ä uppdelat i flea zone elle bälten paallellt med planetens ekvato. Flea kotlivade cyklonliknande stöninga och höga vindhastighete i atmosfäens bältzone ha obseveats. Planeten ha 13 måna dä den stösta ä Titon och ä en av solsystemets stösta. Neptunus Medelavstånd fån Radie Massa Densitet stösta måne Neptunus [km] [km] [kg] [kg/m 3 ] Titon 354 800 1354,1. 10 050 7
7. Dvägplanete, asteoide, komete och meteoe Föutom solen och planetena så innehålle solsystemet anda minde himlakoppa, som kallas fö dvägplanete, asteoide, komete och meteoe. En dvägplanet ha tilläcklig massa fö att dess egen gavitation ska göa den und men den ha inte ensat sin omgivning och den ä inte en måne. Pluto och Chaon ä två dvägplanete som ketsa king ett gemensamt masscentum, och två minde måna ha nyligen upptäckts i samma system. Cees som tidigae klassades som asteoid ä nu en dvägplanet efte det att dess fom visat sig vaa nästan sfäisk. Eis upptäcktes 003 utanfö Kuipe-bältet, och visade sig vaa stöe än Pluto. Den Intenationella Astonomiska Unionen (IAU) inföde däfö nya definitione på planet och dvägplanet, och utfoskningen av det ytte solsystemet föväntas ge ännu fle kandidate. Dvägplanet Massa [kg] Radie [km] Avstånd fån solen [AE] Paihelium Aphelium Cees 9,46. 10 0 487,55,99 Pluto 1,30. 10 1 00 9,6 49,3 Eis 1,66. 10 1 300 37,8 97,6 7.1 Asteoide En asteoid (fig.) ä en minde himlakopp i bana king solen. De ä km-stoa koppa av sten elle jän som finns i asteoidbältet mellan Mas och Jupite och i Kupiebältet utanfö Neptunus bana. Asteoidenas oegelbundna fom beo på att massan ä ganska liten, så gavitationen kan inte övevinna kaftena i det fasta mateialet. Vissa asteoide ä multipla och ketsa king en gemensam tyngdpunkt, kanske som en följd av en kollision. Hundatusentals asteoide ha hittats och upptäcktena pågå fotfaande. Man uppskatta att det finns mellan 1,1 till 1,9 miljone asteoide som ha en adie stöe än en kilomete. 7. Komete Kometena bildades långt ute i solsystemet och innehålle däfö en stöe andel lätta ämnen. Deas sammansättning kan beskivas som löst sammanhållna smutsiga snöbolla av is och stoft. Deas bano king solen ha en vaieande peiodicitet fån 50 å till 100 å, ibland ända upptill tusentals å. Vissa passea solen en enda gång och fösvinne ut i den intestelläa ymden. Komete med en kot peiod, ca 00 å, antas komma fån 8
Kuipe-bältet som finns botom Neptunus bana. Komete med en lång peiod antas komma fån Oots moln. Komete ä svåa att upptäcka nä de ä långt ute i solsystemet och det ä föst nä de passea asteoidbältet som de bli lättae att se. Nä kometen fädas nämae solen väme solenegin upp den och fysta gase och stoft böja fögasas. Fögasningen bilda en atmosfä king kometen och solvinden och solens magnetfält veka på den så att två svansa bildas som peka bot fån solen (se fig.). Stoftsvansen innehålle små stoftkon som påvekas av solens stålningstyck, vilket ge en kuvfomad bana. Nä solens UV-stålning täffa komete joniseas en del av atomena, vilket gö att de påvekas av solens magnetfält och solvind, vilket gö att denna s.k. jonsvans peka adiellt ut fån solen. Själva kometen ä oftast minde än 50 km tväsöve men dess svansa kan bli lika långa som avståndet mellan joden och solen. Den mest kända kometen ä Halleys komet, som ä en kot-peiodisk komet och den ljusstakaste av alla komete fån Kupiebältet. Omloppstiden ä 76 å och den ha obseveats sedan å 40 föe K. Nä kometen nämade sig joden å 1910 upptäcktes att kometsvansen innehöll cyanid och masshystei uppstod. Gasena i svansen ä dock så fötunnade att passagen va totalt ofalig. Som alltid nä joden passea en kometsvans så uppstod dock mängde med stjänfall elle meteoe, nä stoftkon fögasades i jodatmosfäen. 7.3 Meteoite Nä två himlakoppa (t ex två asteoide) kollidea, kan spängfagmenten skickas iväg på olika bano i solsystemet. Meteoite ä de fagment (se fig) hamnat på joden och som övelevt passagen genom jodens atmosfä. Meteoe ä minde fagment typ småsten som däemot binne upp i atmosfäen. Meteoite finns i te vaiante: - sten 95 % - jän 4 % - och kombinatione mellan dessa två: sten - jän 1 % Nä joden och de anda ine planetena va unga utsattes de fö många kollisione med meteoite och komete. Eftesom det va fö vamt fö lätta ämnen att finnas kva på de jodlika planetena ä det sannolikt att det mesta av vattnet vi ha idag komme fån kometnedslag. Meteoitena ha tillföt oganiska ämnen som va viktiga fö livets uppkomst. De iktigt stoa meteoitena ha tvätom utplånat liv, med dinosauiena fö 65 miljone å sedan som typiskt exempel. Jodytan ha ett litet antal kata pga tektonikens invekan. På månen och anda inaktiva himlakoppa syns de desto bätte. 9
8. Rymdfoskning Den pågående ymdfoskningen syfta till bätte föståelse av solsystemets uppkomst och utveckling. Med ökad kunskap följe en bätte fömåga att avgöa om liv baa uppstått på joden elle inte. Med utgångspunkten fån våt liv tycks en föutsättning vaa föekomst av flytande vatten, obeoende egentligen av anda miljöfaktoe. Extemofile ä mikooganisme som hittats i miljöe utan sye, i extemt kalla elle vama miljöe med lågt ph etc. Ett intessant faktum ä att jodens liv kanske ä 3,8 miljade å gammalt. I så fall uppstod livet diekt efte det stoa bombademanget hade upphöt. De ine planetena få tilläckligt med solenegi, men Venus och Mekuius ä fö vama fö att behålla sitt vatten. Den planet som ä kva, utöve joden, ä Mas. Botom Mas bana ä solenegin fö liten fö att vatten ska finnas i flytande fom på ytan. Unde ytan kan däemot flytande vatten finnas om det finns tilläckligt med geotemisk väme. 8.1 Mas Mas (fig) otationsaxel luta med 5 gade fån banplanet. Detta lede till att planeten ha åstide pecis som joden. Även om Mas likna joden så ä det en ogästvänlig planet som sakna ett skyddande magnetfält och atmosfä. Nä Mas va en ung planet hade den dock ett annat klimat, som gjode det möjligt fö flytande vatten att existea, kanske i så sto mängd att en ocean täckte hela noa halvklotet. Idag se man uttokade flodfåo på ytan och mycket av vattnet finns fömodligen som pemafost unde makytan. Tempeatuen vaiea unde åstidena med 80 gade och det ä tilläckligt fö att isen på nodpolen ska smälta och minska i stolek samtidigt som isen på sydpolen öka i stolek. På gund av UV, öntgenstålningen och oxidationen finns den stösta chansen till liv unde makytan. Rymdsonden Mas Odyssey ha skannat ytan med infaöd kamea och visat att det finns flytande vatten så näa som 0 cm unde ytan. Nasas ymdsond Phoenix komme att landa på Mas unde våen 008 fö att undesöka föekomsten av vatten unde ytan till ett djup av 50 cm. Den kanske också kan ge infomation om livsvillkoen. Liv ha hittats på Antaktis i en miljö dä flytande vatten baa föekomme spoadiskt. Mas-meteoiten som upptäcktes 1996 påstods innehålla fossila spå av liv typ bakteie på Mas (se fig). Att meteoiten kom fån Mas fastställdes genom kemisk analys, men att meteoiten innehålle spå av liv ha kaftigt ifågasatts och den nuvaande foskningen ha inte besvaat fågan om liv på Mas ännu. 30
8. Euopa Det ytte solsystemet få en mycket minde andel solenegi, vilket gö att yttempeatuen sjunke långt unde fyspunkten fö vatten. Men på Jupites måne Euopa (fig.) finns en tidvatteneffekt som poducea fiktionsväme, kanske tilläckligt fö en vattenocean unde isytan. Radioaktivt söndefall ä kanske också en bidagande fakto. Rymdsonden Galileo visade att Euopa ha en diffeentiell ine stuktu och ett tjock ytte skal av is. Euopa sakna således kata, vilket innebä att ytan måste vaa mycket ung geologiskt sett. Isytan ge en av de slätaste ytona i solsystemet, och istäckets tjocklek ha uppskattats till 15-5 km. En annan osak att undesöka månen ä att det kanske finns oganiska ämnen och enegi tilläckligt fö att liv ska kunna uppstå och existea. Vulkanisk och tektonisk aktivitet samt komete kan bida med oganiska ämnen. Men det finns ännu fö lite infomation om kemisk sammansättning och annat fö att man ska kunna säga något om möjligheten till liv på Euopa. 8.3 Enceladus obseveade stuktuen. I böjan av 006 appoteades att ymdsonden Cassini- Huygens hade hittat tecken på att det skulle kunna finnas flytande vatten på Enceladus. Enceladus (fig.) ä en av Satunus måna. Rymdsonden fångade en bild som påminne om gejsa elle ståla som sputa ut fån Enceladus. Man vet att Enceladus ha en yta med gamla omåden med många kata men den ha också ynge omåden med slät teäng. Det ä en liten måne med en diamete på 499 km och massan 1,1. 10 0 kg. Dess densitet tyde på en föekomst av tynge ämnen vid sidan av isen. Det ä möjligt att månen i sitt föflutna hettats upp inifån pga adioaktivt söndefall och på så sätt gett upphov till den Innan Cassini-Huygens ansågs månen vaa ointessant pga den låga tempeatuen men bildena däifån, gejsen och spickona i yta, tyde på en tektonik aktivitet. Tempeatuen i spickona ä ca 140 K. Den kemiska sammansättningen bestå av vatten, metan och kväve. Detta tillsammans med gejsen tyde på ett vamt ine med tempeatuen king 500 K. Osaken till gejsen kan komma fån en lokal vattenansamling men det ä fotfaande oklat hu vämen poduceas. Kanske finns det en global undevattensocean men det behövs me infomation fån Cassini- Huygens. 31