att båda rör sig ett varv runt masscentrum på samma tid. Planet

Relevanta dokument
Trappist-1-systemet Den bruna dvärgen och de sju kloten

Konsten att "se" det osynliga. Om indirekta metoder att upptäcka exoplaneter

Prov Fysik 2 Mekanik

Planetrörelser. Lektion 4

Relativitetsteorins grunder, våren 2016 Räkneövning 1 Lösningar

!TIE - 1,5 10,8 LÄXA a) omkrets b) area. 7,5 a) 0,6 700 b) 200. c) 0,05. c) (-7) + (-3) f) (-7)'3. a) 181 b) 12, 16,01-1,6

WALLENBERGS FYSIKPRIS 2011

Sammanfattningar Matematikboken Y

Solen och andra stjärnor 24 juli Stefan Larsson. Mer kap 3 Stjärnors egenskaper

Astronomin och sökandet efter liv där ute. Sofia Feltzing Professor vid Lunds universitet

Föreläsning 5, clickers

Stockholms Tekniska Gymnasium Prov Fysik 2 Mekanik

Instuderingsfrågor Krafter och Rörelser

(Eftersom kraften p. g. a. jordens gravitation är lite jämfört med inbromsningskraften kan du försumma gravitationen i din beräkning).

Solen i dag.

Solens energi alstras genom fusionsreaktioner

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin Föreläsning 10 Relativitetsteori den 26 april 2012.

4 Sätt in punkternas koordinater i linjens ekvation och se om V.L. = H.L. 5 Räkna först ut nya längden och bredden.

Universums tidskalor - från stjärnor till galaxer

Astronomi. Vetenskapen om himlakropparna och universum

I once saw Einstein on a train which whistled past our station. - Your clock ticks much too slow, I yelled. - Ach, nein. That's time dilation

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Fuglesangs skiftnyckel och Möten i rymden. Jan-Erik Björk och Jan Boman

1 Den Speciella Relativitetsteorin

Hemsida. Upplägg. Jordbanans lutning. Himlens fä. Solnedgång. Översiktskurs i astronomi Lektion 2: Grundlä. grundläggande astronomi.

WALLENBERGS FYSIKPRIS 2019

4 Solsystemet. OH1 Tidszonerna 2 Tidszonerna 3 En jordglobs skala OH2 Årstiderna 4 Varför har vi årstider?

8-1 Formler och uttryck. Namn:.

Lösningsförslag. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 120 / BFL 111

Planeter Stjärnor Galaxer Uppgifter

Repetitionsuppgifter 1

Fysikens lagar och hur dessa påverkar en robot

Innehållsförteckning. Innehållsförteckning 1 Rymden 3. Solen 3 Månen 3 Jorden 4 Stjärnor 4 Galaxer 4 Nebulosor 5. Upptäck universum med Cosmonova 3

a) trettiotvåtusen femhundrasju b) femhundratusen åttiotre a) ett udda tal b) det största jämna tal som är möjligt A B C A B C 3,1 3,2

Einstein's svårbegripliga teori. Einstein's första relativitetsteori, den Speciella, förklaras så att ALLA kan förstå den

Sammanfattning av räkneövning 1 i Ingenjörsmetodik för ME1 och IT1. SI-enheter (MKSA)

Laborationsrapport. Joseph Lazraq Byström, Julius Jensen och Abbas Jafari Q2A. 22 april Ballistisk pendel

Tentamen Relativitetsteori , 29/7 2017

Planering mekanikavsnitt i fysik åk 9, VT03. och. kompletterande teorimateriel. Nikodemus Karlsson, Abrahamsbergsskolan

3. Om ett objekt accelereras mot en punkt kommer det alltid närmare den punkten.

Introduktion till Biomekanik, Dynamik - kinetik VT 2006

Astronomi. Hästhuvudnebulosan. Neil Armstrong rymdresenär.

Kaströrelse. 3,3 m. 1,1 m

Tentamen Relativitetsteori , 22/8 2015

WALLENBERGS FYSIKPRIS

LUNDS KOMMUN POLHEMSKOLAN

Vår galax, Vintergatan

Tentamen Relativitetsteori , 27/7 2019

Kumla Solsystemsmodell. Skalenlig modell av solsystemet

Varför har vi årstider? Lärarledd demonstration i helklass för åk 4-6

a) 4a + a b) 4a 3a c) 4(a + 1)

REPETITION 2 A. a) 4a + a b) 4a 3a c) 4(a + 1)

3-8 Proportionalitet Namn:

RÖRELSE. - Mätningar och mätinstrument och hur de kan kombineras för att mäta storheter, till exempel fart, tryck och effekt.

FINALTÄVLING SVENSKA FYSIKERSAMFUNDET

Rörelsemängd. Rörelsemängdens bevarande

Repetitionsuppgifter i Fysik 1

Preliminärt lösningsförslag till Tentamen i Modern Fysik,

7,5 högskolepoäng. Provmoment: tentamen. Tentamen ges för: Högskoleingenjörer årskurs 1. Tentamensdatum: Tid:

Universums expansion och storskaliga struktur Ulf Torkelsson

1999SO 5 - en jordnära asteroid

2. 1 L ä n g d, o m k r e t s o c h a r e a

Om ellipsen och hyperbelns optiska egenskaper

Det finns olika typer av krafter och alla mäts med enheten newton. Enheten newton förkortas med stort N.

Repetitionsuppgifter inför Matematik 1-973G10. Matematiska institutionen Linköpings universitet 2014

Fysik del B2 för tekniskt basår / teknisk bastermin BFL 120/ BFL 111

Einsteins relativitetsteori, enkelt förklarad. Einsteins första relativitetsteori, den Speciella, förklaras enkelt så att ALLA kan förstå den

3-10 Potenser i problemlösning Namn:..

1. Stela kroppars mekanik

Syfte Att öka elevernas förståelse för delar av rymden, rymdteknik samt ta del av rymdutställningen på ett elevaktivt sätt.

Läxa 9 7 b) Dividera 84 cm med π för att få reda på hur lång diametern är. 8 1 mm motsvarar 150 / 30 mil = = 5 mil. Omvandla till millimeter.

Facit Läxor. Tal. Tian Siffrans värde blir tio gånger mindre. 40 till , 69 och a) 10, 22 och 15, 14 b) 15, 27 och 10, 9

Vilken av dessa nivåer i väte har lägst energi?

Solen och andra stjärnor 19 juli Stefan Larsson. Dagens text: Kap 3 Från Aristoteles till stjärnspektra

Intelligent liv i Universum Är vi ensamma? Föreläsning 3: Exoplaneter & beboeliga zoner

Hertzsprung-Russell-diagrammet Ulf Torkelsson

Dopplereffekt och lite historia

Sammanfattning av räkneövning 1 i Ingenjörsmetodik för ME1 och IT1. SI-enheter (MKSA)

Stockholms Tekniska Gymnasium Prov Fysik 2 Mekanik

4 rörelsemängd. en modell för gaser. Innehåll

Hur trodde man att universum såg ut förr i tiden?

Stjärnors spektralklasser; dubbelstjärnor Ulf Torkelsson

Kosmologi. Ulf Torkelsson Teoretisk fysik CTH/GU

Final i Wallenbergs Fysikpris

Lathund geometri, åk 7, matte direkt (nya upplagan)

Astrofysikaliska räkneövningar

Föreläsning 5: Acceleration och tidsderivering (kap ) . Sambandet mellan olika punkters hastigheter i en stel kropp: v A

Information om ämnet Militärteknik med diagnostiskt självtest av förkunskaper till blivande studerande på Stabsutbildningen (SU)

Inspirationsdag i astronomi. Innehåll. Centret för livslångt lärande vid Åbo Akademi Vasa, 24 mars 2011

Typexempel med utförliga lösningar TMV130. Matem. Analys i En Var.. V, AT.

Fysikaliska modeller. Skapa modeller av en fysikalisk verklighet med hjälp av experiment. Peter Andersson IFM fysik, adjunkt

Redan på 1600-talet upptäckte Johannes Kepler att planeternas banor

4-8 Cirklar. Inledning

Kurs: Kemi/Fysik 2 Fysikdelen Kurskod LUI103. Examinator: Anna-Carin Larsson Tentamens datum

Lösningar till Tentamen i fysik B del 1 vid förutbildningar vid Malmö högskola

Maria Österlund. Ut i rymden. Mattecirkeln Tid 2

Vågrörelselära och optik

Algebra och rationella uttryck

Tentamen i Mekanik SG1102, m. k OPEN m fl. Problemtentamen OBS: Inga hjälpmedel förutom rit- och skrivdon får användas!

Transkript:

Tema: Exoplaneter (Del III, banhastighet och massa) Det vi hittills tittat på är hur man beräknar radien och avståndet till stjärnan för en exoplanet. Omloppstiden kunde vi exempelvis få fram genom att se hur lång tid mellan passagerna framför stjärnan en exoplanet har. Detta gjorde att vi kunde beräkna medelavståndet till stjärnan. I det här avsnittet ska vi titta på hur man kan beräkna massan för en exoplanet. För att göra detta krävs en förståelse för två fysikaliska samband, nämligen rörelsemängd samt dopplereffekt. Dopplereffekt Att Jorden rör sig runt solen är egentligen bara delvis rätt, det är nämligen så att Jorden rör sig runt en punkt i rymden som kallas masscentrum. Det gör även solen. A B När Jorden rör sig i riktningen vid A, kommer solen att röra sig i riktningen vid B. Denna skiss är väldigt överdriven och masscentrum för Jorden-Solen befinner sig egentligen långt innanför solens radie. att båda rör sig ett varv runt masscentrum på samma tid. När vi observerar en ljuskälla som rör sig mot oss, kommer ljusets våglängd minska och när ljuskällan rör sig bort från oss ökar våglängden. Detta kallas dopplereffekten. På bilden här till höger rör sig en ljuskälla i pilens riktning. Kvinnan ser en minskning av våglängden (blåförskjutning), mannen ser en ökning av våglängden (rödförskjutning). På så sätt kan vi veta om en ljuskälla rör sig mot oss eller ifrån oss. Man kan tänka sig att det fungerar som en gungbräda. Katten i bilden motsvarar Jorden, mannen motsvarar Solen. Mellan dessa två finns en tyngdpunkt som gör att gungbrädan balanseras. Om nu hela gungbrädan skulle rotera, skulle katten röra sig snabbt runt tyngdpunkten, medan mannen skulle röra sig långsammare. Trots Om vi nu tänker oss en planet i omloppsbana kring en stjärna och vi ser systemet från sidan (d.v.s. inte ovanifrån), kommer stjärnans ljus vara blåförskjutet när den rör sig mot oss och rödförskjutet när den rör sig bort från oss. Genom observationer av stjärnans spektrum kan vi översätta denna förskjutning till en hastighet som stjärnan har runt masscentrum (den lilla cirkeln runt tyngdpunkten i bilden nedan). Planet Mot Jorden Stjärna

A B Rörelsemängd Som en konsekvens av Newtons första och andra lag kommer ett objekt i rörelse ha en viss rörelsemängd. Nämligen hastigheten (i m/s) multiplicerat med massan (i kg). En planet A har då rörelsemängden; Där: M = Massan (i kg) v = Medelhastigheten runt masscentrum (i m/s) Samma sak gäller stjärnan B; ä ä ä I systemet är rörelsemängden bevarad, så rörelsemängden för planeten A är lika stor som för stjärnan B. Vi kan då sätta upp följande samband; ä ä Vi är nu ute efter att bestämma massan för en exoplanet (rött i sambandet ovanför) som rör sig runt en stjärna. Detta kan vi nu göra om vi känner till stjärnans massa och dess hastighet runt masscentrum, samt planetens hastighet runt masscentrum. M stjärna : Känner vi till genom observationer av stjärnans ljus. v stjärna : Känner vi till genom dopplereffekten som du läst om på förra sidan. v planet : Kan vi beräkna om vi vet medelavståndet till stjärnan, samt omloppstiden. Planetens banhastighet Medelhastigheten (i m/s) för planeten kan vi beräkna genom att ta sträckan planeten färdas runt stjärnan (cirkelns omkrets), dividerat på tiden det tar; 2 Där: a = Medelavståndet mellan stjärnan och planeten (i m) P = Omloppstiden för planeten (i sekunder)

Exempel 1: Hur stor är medelhastigheten för Jorden i sin omloppsbana kring solen? Medelavståndet till Solen är ca 150 000 000 km. Tiden det tar för Jorden att göra ett varv är 1 år. (Svara i tusental m/s) Lösning : 2 2 (150 000 000 000) (365 24 60 60) 2 (150 000 000 000) (31 536 000) 3,14 (300 000 000) (31 536) Sätt in värden för medelavståndet a (i meter) och tiden P (i sekunder). Multiplicera medmedelavståndet med 2, för att få diametern på cirkeln. Räkna med pi som 3,14. 942 000 000 31 536 29 871 / 30 000 / Svar: Medelhastigheten för Jorden är ca 30 000 m/s. Exempel 2: Hur snabbt rör sig Solen runt masscentrum på grund av Jorden? Solens massa är ca 2*10 30 kg och Jordens massa är ca 6*10 24 kg. (Svara i lämplig enhet) Lösning : ä ä = ä = ä Vi använder oss av formeln för rörelsemängdens bevarande. Medelhastigheten v för stjärnan sökes (rödmarkerad). Dividera båda led med solens massa för att få hastigheten ensam i VL. ä = 6 10 3 10 2 10 Sätt in värden för Jordens massa, hastighet samt solens massa i formeln. Använd dig av regler för tiopotensräkning. Jordens hastighet beräknade vi i det förra exemplet. ä = 6 3 10 2 10 = 18 10 2 10 =9 10 /=0,09 /=9 / Svar: Solen rör sig i ca 9 cm/s runt masscentrum på grund av Jorden.

Exempel 3: Exoplaneten Kepler 22b som vi räknat på tidigare har en omloppstid på 290 dagar och medelavståndet till stjärnan räknade fram ut i del 2. Nämligen 0,85 ae. En dopplermätning av stjärnans ljus visar att stjärnan periodvis rör sig mot oss i 5m/s, sedan bort från oss i samma hastighet. Ungefär hur stor massa har Kepler 22b om stjärnans massa är 0,97 solmassor? (Svara i antal Jordmassor) FAKTA 1 ae 150*10 9 m 1 solmassa 2*10 30 kg 1 jordmassa 6*10 24 kg Lösning : = 2 2 (0,85 150 000 000 000) (290 24 60 60) 2 (127 500 000 000) (25 056 000) 3,14 (255 000 000) (25 056) 800 700 000 25 056 32 000 / Rörelsemängdens bevarande ger; ä ä = = ä ä Sträckan planeten färdas kan ses som en cirkel med radien a. Sträckan / tiden = medelhastigheten. Sätt in värden för medelavståndet a (i meter) och tiden P (i sekunder). Multiplicera medmedelavståndet med 2, för att få diametern på cirkeln. Räkna med pi som 3,14. Förkorta bort tre nollor i täljare och nämnare. Nu vet vi hur snabbt planeten rör sig runt masscentrum. I formeln som beskriver rörelsemängdens bevarande känner vi nu till tre av fyra variabler. Uppgiften var att bestämma planetens massa M (rödmarkerad). Dividera båda led med planetens hastighet, så vi får planetens massa ensam i VL. = (0,97 2 10 ) 5 32 000 = 9,7 10 32000 =9,7 10 32 =0,303 10 3 10 = 3 10 =300 10 6 10 6 10 =50 Svar: Kepler 22b har en massa på cirka 50 jordmassor Sätt in värden för stjärnans massa i kg, hastigheten kring masscentrum, samt planetens hastighet. Här kan vi förenkla täljaren. Eftersom 2*5=10, kan vi göra 0,97 10 ggr större. Sedan förkorta med tusen. Ta bort nollorna i 32 000 samt minska exponenten i täljaren till 27. Dividera nu planetens massa i kg med jordens massa. Gör tiopotenserna lika stora och förkorta bort dessa. Kvar blir 300/6=50.

Lös dessa uppgifter med hjälp av miniräknare. FAKTA 1 ae 150*10 9 m 1 solmassa 2*10 30 kg 1 jordmassa 6*10 24 kg 1 jupitermassa 2*10 27 kg 1) a) Hur snabbt rör sig Jupiter i sin bana kring solen? Jupiters medelavstånd till Solen är ca 5,2 ae och det tar ca 12 år för planeten att göra ett varv. (Svara i m/s) b) Hur snabbt rör sig Solen kring masscentrum på grund av Jupiter? (Svara i m/s) 2) Rymdteleskopet Kepler har upptäckt att en planet kretsar runt en stjärna med 0,64 solmassor. Planeten som fått namnet Kepler-61b, befinner sig på ett avstånd av 0,26 ae och tiden det tar för planeten att göra ett varv är 60 dagar. Dopplermätningar av stjärnan (Kepler-61) visar att den rör sig i 1,5 m/s kring masscentrum, se bild. a) Beräkna medelhastigheten för planeten kring masscentrum. (Svara i m/s) b) Beräkna planetens massa. (Svara i antal jordmassor) Radialhastighet (dopplerförskjutning) för Kepler 61 Hastighet (m/s) 1,5 1,0 0,5 0-0,5-1,0-1,5 1,5 m/s 60 dagar 15 30 45 60 75 90 Tid (dagar)

1) a) LÖSNINGSFÖRSLAG = 2 = 2 (5,2 150 10 ) (12 365 24 60 60) 5 10 (3,8 10 ) 1,3 10 /=13 / SVAR: Jupiters medelhastighet runt Solen är ca 13 000 m/s (13km/s). b) ä ä = ä = ä ä (2 10 1,3 10 ) 2 10 ä 1,3 10 10 ä 1,3 10 /=13 / SVAR: Solens medelhastighet runt masscentrum pga Jupiters rörelse är ca 13 m/s. 2) a) = 2 2 3,14 (0,26 150 10 ) 60 24 60 60 245 10 5184000 47000 / SVAR: Kepler-61b rör sig kring sin stjärna med en medelhastighet av ca 47000 m/s. b) ä ä = = ä ä (0,64 2 10 ) 1,5 47 000 (1,92 10 ) 47 000 4 10 4 10 6 10 0,67 10 7 SVAR: Kepler-61b har en massa motsvarande ungefär 7 Jordmassor.