Zajímavosti Sluneční soustavy Robert Kratochvíl Přírodovědecká fakulta Masarykovy Univerzity Brno 2009

O čem budeme mluvit Zajímavosti Sluneční soustavy Vznik Sluneční soustavy Slunce Terestrické planety Plynní obři Planety Menší tělesa

Molekulový oblak Zajímavosti Sluneční soustavy vznik před 4,6 miliardami let (giga annuum – Ga) hmotnost 105 až 106 hmotností Slunce (MS) teplota 10 až 30 K hustota 1000 molekul v cm3 průměr několik milionů světelných let (light year – ly) složení – zejména H a He, dále molekuly složené z C, N, O, S, Si běžně jde o stabilní útvar, proč zkolaboval? 6

Molekulový oblak Zajímavosti Sluneční soustavy díky vhodné kombinaci hmotnosti, teploty a hustoty hmotnost překonala Jeansovu kritickou hmotnost MJ možný start – výbuch blízké supernovy přeměna gravitační potenciální energie na kinetickou -> nárůst teploty centrální část se smršťovala rychleji – zde Slunce 7

Co vše obsahuje dnešní Sluneční soustava Zajímavosti Sluneční soustavy Co vše obsahuje dnešní Sluneční soustava Slunce planety planetky měsíce komety meteoroidy meziplanetární prach a plyn vše vázáno gravitační silou Slunce vše v pohybu, zpravidla prográdním 8

Vznik Slunce z molekulového oblaku vnitřní oblast oblaku kolabovala dříve průměr 7 – 20 tisíc astronomických jednotek (astronomical unit – AU) složení podobné dnešnímu Slunci – 98% H, He a Li 105 až 106 let od vzniku molekulového oblaku vzniká protohvězda – energie pouze ze smršťování zážeh termonukleárních reakcí až za dalších 50 milionů let 10

Jaderné reakce Slunce p-p řetězec 3α řetězec CNO cyklus – u hvězd těžších než 1,7 MS dále syntéza těžších prvků až po železo další prvky již nevznikají syntézou 11

Dnešní Slunce Slunce 99,85 % hmotnosti soustavy stáří 4,6 Ga průměr 1 400 000 km hmotnost 2*1030 hustota 1400 kg/m3 otočí se jednou za 25 dnů (na rovníku) povrchová teplota cca 5600 K teplota jádra 15 milionů K silné magnetické pole, hraje velkou roli sluneční skvrny – umbra a penumbra aktuálně je Slunce v minimu, maximum se očekává v roce 2013 13

Astronomické údaje Slunce Absolutní hvězdná velikost +4,1 magnitud označení DG2 je hvězdou hlavní posloupnosti Hertzsprung-Russelova diagramu 15

Slunce jako zdroj energie Slunce každou sekundu vyzáří 4*1026 J energie (a ztratí tím cca 4,5 miliardy kg hmotnosti) pro porovnání: - silný sopečný výbuch – 1019 J - největší vodíková bomba – 1017 J - výroba energie celého lidstva za 1 s – 1013 J 18

Planety Planety do roku 2006 definice výčtem: „Planety jsou: Merkur, Venuše, Země, Mars, Jupiter, Saturn, Uran, Neptun a Pluto.“ od Pražské konference Mezinárodní astronomické unie v roce 2006 nová definice: „Planetou je těleso primárně obíhající kolem Slunce po eliptické dráze, které má dostatečnou hmotnost pro zaujmutí sférického tvaru a vyčištění okolí své dráhy.“ 20

Vznik planet z protoplanetárního disku Planety Vznik planet z protoplanetárního disku pouhá 2% hmotnosti mlhoviny po zážehu Slunce zploštění vlivem rotace – proto disk průměr 200 AU milion let po vzniku Slunce – srážky prachových zrn, další zploštění disku, narůst teploty Slunce vypuzuje plyn pryč ze Sluneční soustavy -> plynní obři se musí zformovat do 107 let, pak již chybí materiál postupem času se akrecí (spojováním částeček) vytvořily planety – rychlost růstu z počátku milimetry za rok 21

Planety Hranice ledu se vzrůstající vzdáleností od Slunce klesá teplota při poklesu pod 1200 až 1700 K kondenzují z plynné do pevné formy Al, Ca, Ti, Fe, Ni, jejich oxidy, silikáty,… při teplotě kolem 200 K kondenzuje i H2O a NH3 tato teplota cca ve vzdálenosti 3 až 4 AU rozdělení na oblasti o různém chemickém složení, zároveň i oddělení oblastí terestrických planet a plynných obrů mladé Slunce vypařilo těkavé látky ve vnitřních částech soustavy, ty byly vypuzovány pryč až do oblasti kde zmrzly -> nárůst hustoty 23

Planetesimály Planety postupnou akrecí materiálu vznikají stále větší zrnka akrece je intenzivnější před hranicí ledu, díky vyšší teplotě jsou zrnka „lepkavá“, vznikají tělesa velikosti 1 až 10 metrů za deset tisíc let vzniknou tělesa o průměru kolem 5 km označované jako planetesimály rychlost růstu je nyní několik cm za rok po několika milionech let končí období formování planet a v planetesimálách je obsažen téměř všechen materiál původního akrečního disku 24

Planetesimály Zajímavosti Sluneční soustavy spojováním planetesimál vzniká řada planetárních zárodků, které se pohybují po silně eliptických drahách jde o samotný počátek vzniku planet – před 4,6 Ga planety se vytvářely 10 až 100 Ma 26

Vznik Terestrické planety Merkur, Venuše, Země a Mars ve vnitřní části Sluneční soustavy, do 4 AU zárodky těchto planet měly průměrně hmotnost cca 0,05 MZ existovalo 20 až 40 planetárních zárodků o velikosti Merkuru, některé se spojily do větších celků, jiné byly vypuzeny na okraj Sluneční soustavy složení: převážně Fe, Ni, Al a křemičitany tyto prvky tvořily pouze 0,5% sluneční mlhoviny -> omezení velikosti a počtu terestrických planet 28

Dráhy Terestrické planety během 108 let srážek zárodků vznikly terestrické planety na eliptických drahách dráhy se stabilizovaly dalšími srážkami s planetesimálami a jinými zárodky a přešly na téměř kruhové terestrické planety příliš nemigrovaly 29

Primární atmosféry Terestrické planety planety byly dále vystaveny intenzivnímu bombardování střety s tělesy o hmotnosti až ¼ planety vznik obrovského množství tepla, roztavení hornin, dnes diferenciovaná geologická stavba odpařila se voda, CO2 a jiné plyny -> vznikly primární atmosféry impaktující tělesa dopravila na planety další vodu 30

Sekundární atmosféry Terestrické planety vývojově mladší vytvořeny geologickými, chemickými a u Země i biologickými pochody (sinice začaly před cca 2,7 až 2,2 Ga produkovat první kyslík) existence atmosféry obecně je závislá na gravitaci a teplotě malá gravitace či velká teplota mají za následek její ztrátu 31

Atmosféra primární či sekundární? Terestrické planety Atmosféra primární či sekundární? v planetárním plynném obalu mohou probíhat následující reakce v případě ztráty vodíku se rovnováha přesouvá doprava, vzniká oxidační atmosféra naopak, je-li vodíku dostatek, vzniká atmosféra redukční 32

Vznik Plynní obři Jupiter, Saturn, Uran a Neptun tvoří 99% hmotnosti všech těles obíhajících kolem Slunce vznikli v období 106 až 107 roků zrod ve vnějších částech Sluneční soustavy, zde hojnost vodíku, helia a jednoduchých sloučenin s nízkou teplotou tání zárodky planet od jednotek do desítek MZ, zbytek hmotnosti gravitací zachycený plyn všechny planety vznikli poblíž hranice ledu, poté migrovali Uran a Neptun se pravděpodobně prohodili 34

Plynní obři Složení s hloubkou atmosféry roste tlak, plyn přechází v aerosol a následně v kapalinu až po extrémně stlačený ionizovaný vodík kolem kamenného jádra – vodík má vlastnosti kovu viditelná část atmosféry sahá do hloubky cca 1000 km rychlost proudění určujeme vůči magnetickému poli 35

Podmínky existence Měsíce planet Hillova sféra – oblast sférického tvaru, v níž má dané těleso dominantní gravitační vliv na pohyb těles menších co je uvnitř může být zachyceno všechny dlouhodobě stabilní dráhy se nachází uvnitř Hillovy sféry kolem Země sféra o poloměru cca 1,5 milionu km Rocheova mez – minimální vzdálenost měsíce od planety, ve které ještě nebude roztrháno jejími slapovými silami Země 18 500 km Jupiter 175 000 km Saturn 150 000 km 37

Merkur Planety II 1974 sonda Mariner 10 14. ledna 2008 sonda Messenger velká hustota, na svůj průměr velké kovové jádro dříve byl srovnatelný se Zemí, ale blízkost Slunce postupně obrousila horní vrstvy teplota povrchu – 430 °C přivrácená strana, -180 °C odvrácená Slunce oběhne za 88 dnů, kolem osy se otočí za 58,5 dne impaktní pánev Caloris Planitia (průměr 1550 km) 39

Venuše Planety II sonda Veněra 9 – říjen 1975 sonda Magelan teplota povrchu 465 °C – skleníkový efekt oběh kolem Slunce – 255 dnů oběh kolem osy – 243 dnů retrográdně atmosféra z 96,5 % CO2 tlak při povrchu 100x větší než na Zemi 42

Země Planety II vznik 50 Ma po Slunci před 4,5 Ga diferenciace kovového jádra a křemičitanového pláště konec pozdního intenzivního bombardování – před 3,8 Ga nejstarší stopy života – mikrofosílie staré 3,5 Ga kapalná voda jediná známá planeta s deskovou tektonikou – důležité pro vznik života 44

Modrá obloha Země Země Rayleighův rozptyl všechny barvy, v modré pouze maximum, má nejkratší vlnovou délku meteoroid, meteor, meteorit 47

Krátery na Zemi Země Beringerův kráter – průměr 1200 m, hloubka 150 m vznikl dopadem meteoritu před cca 50000 lety pozdní intenzivní bombardování (před 3,85 Ga) – cca 40 kráterů o průměru 1000 km, několik pánví o průměru 5000 km -> dokonalá sterilizace planety Chicxulub – průměr 180 až 300 km, stáří (65,0 ± 0,2) Ma, impaktor 10 km po srážce Zěme s tělesem o velikosti Marsu 30 až 100 milionů let po vzniku Slunce byl vytvořen Měsíc 49

Měsíc Země Měsíc má vázanou rotaci se Zemí, ale díky libraci (pohupování) můžeme sledovat až 60 % jeho povrchu tmavá místa – měsíční moře, světlá – měsíční pevnina nejsnáze pozorovatelným kosmickým objektem jediné těleso, na kterém lze pouhým okem pozorovat povrchové útvary poměrově je největším měsícem ve Sluneční soustavě zatmění struktura: - tlustá kůra – 45 km - pevná litosféra – 1000 km - těžiště posunuto o 2 km od středu 52

Útvary na povrchu Měsíc terminátor – předel světla a stínu kráter Tycho (průměr 85 km), Koperník (93 km, stáří 810 Ma) a další pánev Orientale (průměr 930 km), Imbrium (1160), Serenitalis, Nectaris, Crisium 15 výzkumných programů, nejvýznamnější Apollo (1967 – 1972) měsíční prach 53

Mars Planety II sonda Mariner 9 – objev gigantických sopek nejaktuálnější výzkum – rovery Spirit a Opportunity a laboratoř Phoenix teploty -140 až + 20 °C tlak při povrchu 100x nižší než na Zemi atmosféra z 95,3 % CO2 spousta malých vírů v atmosféře planety – derviši celoplanetární prachové bouře výrazný vliv střídání ročních období – vymrzá až ¼ atmosféry -> expanze polárních čepiček 58

Povrch Mars Olympus Mons – výška 21 171 m, největší sopka Sluneční soustavy, aktivní ještě před 2,4 Ma impaktní pánev Hellas (průměr 2300 km) gigantický systém údolí Valles Marineris – délka přes 4000 km dříve kapalná voda, globální záplavy (údolí Ares Vallis – délka 1700 km, Kasei Valles – délka 3200 km, šířka 500 km, hloubka 2,9 km) průtok vody až 109 m3 za sekundu (Gibraltar jen 60 milionů m3 za s) 60

Mars Zajímavosti Sluneční soustavy již vychladlé jádro -> mrtvá planeta má dva malé měsíce – Phobos a Deimos (Děs a Hrůza) pravděpodobně pochází z vnějšího okraje hlavního pásu planetek Phobos obíhá Mars retrográdně 62

Jupiter Planety II největší planeta Sluneční soustavy vzniknul nesmírně rychle nachází se nejblíže za hranicí ledu, zde více materiálu který se intenzivně spojoval ve větší části, větší množství planetesimál plyn (H, He) nakumulován kolem kamenného jádra o hmotnosti 10 až 15 MZ silně ovlivňuje své okolí – planetesimály pohlcuje i vystřeluje na okraj nebo pryč ze Sluneční soustavy 65

Struktura Jupiter vnitřní struktura: - kamenné jádro o poloměru 7500 km - kovový vodík 40000 km - molekulární vodík 20000 km atmosféra 1000 km složení atmosféry – 85 % H2, 14 % He nápadné pásy – světlejší teplé oblasti, tmavší chladnější velká rudá skvrna – první pozorování již z roku 1660 Cassini, 12 x 20 tisíc km, obří tlaková výše (anticyklóna) rychlost proudění až 600 km/h 66

Jupiterovy měsíce Jupiter sondy Voyager 1, Galileo, New Horizons 7. března 1610 objevil Galileo čtyři nejnápadnější měsíce Ió, Europa, Ganymed, Kallistó s rostoucí vzdáleností od mateřské planety hustota měsíců klesá Ió – průměr 3630 km, vulkanicky nejaktivnější těleso Sluneční soustavy (díky slapovým silám Jupitera), 100 m nového povrchu za milion let (na Zemi za 80 Ma), výška lávových výronů 350 km Europa – ledový svět Kallistó – impaktní pánev Valhalla (průměr 1900 km) 67

Migrace Jupitera Jupiter vznikl pravděpodobně 7 AU od Slunce při gravitačních interakcích s okolím se zmenšovala rychlost oběhu a začal se spirálovitě přibližovat Slunci dnes vzdálen 5 AU od Slunce při migraci vznikaly oběžné rezonance a řada planetesimál byla vypuzena do vnějších částí Sluneční soustavy, kde vytvořily Oortův oblak (až 99 %) tento jev způsobil i pozní masivní bombardování 70

Planety II Saturn vznikl poblíž Jupitera, dnes vzdálen 9,5 AU od Slunce dnes rezonance s Jupiterem 5:2, dříve během vývoje 2:1, což mělo podstatný vliv na vypuzení planetesimál na okraj Sluneční soustavy obdařen největším prstencem ve Sluneční soustavě prstenec rozdělen: A, Cassiniho dělení, B, C, D, E, F, G velikost částic 0,01 – 1 m atmosféra – 96 % H2, 3,5 % He rychlost atmosférického proudění až 1800 km/h 72

Měsíce Saturn sonda Cassini Titan – největší Saturnův měsíc, průměr 5150 km přistálo zde pouzdro Huygens má hustou atmosféru, kapalnou vodu zde zastupuje směs metanu, etanu a dusíkatých sloučenin Enceladus – průměr 504 km jev kryovulkanismu – gejzíry až 100m vysoké má atmosféru – 91% vodní pára, 4% N, 3,2% CO2, 1,7% CH4 74

Uran Zajímavosti Sluneční soustavy v roce 1986 sonda Voyager 2 velký planetární zárodek (až 20 MZ) – podobně i Neptun pozdější vývoj -> méně plynného materiálu, jedná se tedy spíše o ledové obry atmosféra – 83 % H2, 15 % He, 2 % CH4 tloušťka 500 – 1000 km rychlost proudění v atmosféře až 800 km/h – ne na rovníku, ale na 60 ° zš 77

Uran Zajímavosti Sluneční soustavy rotační osa leží v rovině ekliptiky, Uran se tedy „valí“ po své dráze největší měsíc – Titania, průměr 1600 km měsíc Miranda – sonda Voyager 2 v lednu 1986, útvar Circus maximus měsíc dříve rozbit, ale fragmenty se opět poskládaly 78

Neptun Planety II opět sonda Voyager 2, ale v roce 1989 atmosféra má mocnost 500 – 1000 km, mnohem živější rychlost proudění až 2400 km/h modré zbarvení díky metanu atmosféra je složena z 80 % H2, 19% He a 1% CH4 největší měsíc Triton – jediný velký zachycený měsíc, pochází pravděpodobně z Kuiperova pásu hmotnost 1,6 x větší než Pluto průměr 2700 km, retrográdní rotace 81

Blízkozemní planetky Menší tělesa planetky typu Aten planetky typu Apollo planetky typu Amor perihel blíže než 1,3 AU od Slunce odhadem 500 až 1000 objektů s průměrem větším než 1 km celkem pozorováno 5857 objektů první objev 13. 8. 1898 Witt – Eros největší objekt Ganymed – průměr 32 km 84

Aten Q > 0,9833 AU S

Apollo q < 0,1,0167 AU S

Amor Q > 0,1,0167 AU 0,0167 AU < q > 1,3 AU S

Planetky hlavního pásu Menší tělesa Planetky hlavního pásu oblast vzdálená 3 AU od Slunce mezi Marsem a Jupiterem planetky vznikly 4 Ma po Slunci chybí zde hmotnější těleso celková hmotnost planetek netvoří ani 5 % hmotnosti Měsíce nedostatek materiálu postihl i Mars na vině je Jupiter, svým působením silně zredukoval materiál v této oblasti (důkaz rychlého vzniku Jupitera) Kirkwoodovy mezery 90

Zástupci Planetky hlavního pásu první objev 1. 1. 1801 Piazzi – Ceres je i největším objektem, průměr 975 km – limit pro sférický tvar pozorované množství 440 000 Pallas, Juno, Vesta, … planetka Ida s měsícem Dactyl 91

Jupiterova rodina planetek Menší tělesa Jupiterova rodina planetek na dráze Jupitera – Trojané a Řekové první objev 1906 Wolfi – Achilles největší známý objekt Hektor – 370 x 195 km pozorované množství 2900 za drahou Jupitera – Kentauři a Objekty rozptýleného disku napůl planetka, napůl kometa první objev 31.10. 1920 Baade – Hidalgo největší známý objekt Eris, průměr 1300 km pozorované množství 242 95

Trojané Řekové

Transneptunická tělesa Menší tělesa Transneptunická tělesa objekty Edgeworthova-Kuiperova disku (Kuiperův pás) 200x hmotnější než hlavní pás planetek tělesa v rezonančních oblastech Neptuna první objev 18. 2. 1930 Tombaugh – Pluto, průměr 1212 km největší známý objekt – Makemake, průměr 1900 km objekty Oortova oblaku obrovská „zásobárna“ komet 98

Sedna Menší tělesa objev 14. 11. 2003 Sedna je eskymácká bohyně moří, žijící dle legendy hluboko v Arktických vodách průměr 1200 až 1800 km výrazně excentrická dráha – perihel 76 AU (nejbližší roku 2076), afel 975,5 AU nejvzdálenější detekovaný objekt Sluneční soustavy 101

Děkuji za pozornost

Použité prameny Zajímavosti Sluneční soustavy Velké poděkování patří Mgr. Pavlu Gabzdylovi a Mgr. Janu Píšalovi za poskytnutí materiálů ze kterých jsem čerpal. www.google.com www.wikipedia.com www.astronomie.cz www.hvezdarna.cz 104

Předpověď na nejbližší noci Bonus Předpověď na nejbližší noci ISS 26.6.: 3h 39m 37s, jihozápad 27.6.: 4h 03m 46s, západojihozápad 28.6.: 2h 55m 00s, jihozápad 29.6.: 3h 18m 19s, západojihozápad 30.6.: 2h 10m 07s, jih Iridium: 27.6: 23h 28m 13s, severoseverovýchod, 12 ° 1.7.: 2h 58m 01s, západoseverozápad, 42 ° 1.7.: 23h 15m 23s, severoseverovýchod, 20 ° 3.7.: 4h 32m 07s, západ, 70 ° 105

Předpověď na nejbližší noci Bonus Předpověď na nejbližší noci Merkur je vidět ráno nízko nad východním obzorem Venuše je vidět ráno před východem Slunce Mars (+1.1 mag) je vidět ráno nízko nad obzorem Mars se 22. června přiblížil na 2° k Venuši Jupiter (-2.5 mag) vychází před půlnocí a je v Kozorohovi Saturn (+1 mag) i se svými nyní úzkými prstenci je vidět večer v souhvězdí Lva Uran je ráno ve Vodnářovi Neptun je v Kozorohovi 106