Robert Kratochvíl Přírodovědecká fakulta Masarykovy Univerzity

3. Zajímavosti Sluneční soustavy Robert Kratochvíl Přírodovědecká fakulta Masarykovy Univerzity Brno 2009

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

6. Zajímavosti Sluneční soustavy Molekulový oblak • 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?

7. Zajímavosti Sluneční soustavy Molekulový oblak • 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

8. 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

10. Slunce 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

11. Slunce Jaderné reakce • 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

13. Slunce Dnešní 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

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

18. Slunce 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

20. 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.“

21. 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

23. 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

24. Planety Planetesimály • 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

26. Zajímavosti Sluneční soustavy Planetesimály • 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

28. Terestrické planety Vznik • 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

29. Terestrické planety Dráhy • 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

30. Terestrické planety Primární atmosféry • 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

31. Terestrické planety Sekundární atmosféry • 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

32. 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

34. Plynní obři Vznik • 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

35. 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

37. Měsíce planet Podmínky existence • 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

39. Planety II Merkur • 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)

42. Planety II Venuše • 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

44. Planety II Země • 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

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

49. Země Krátery na Zemi • 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