Kosmoloogia (astrofüüsika)

1. Kosmoloogia (astrofüüsika) Füüsika VI

2. Päikesesüsteem

3. Päikesesüsteem • Päike (99,8% kogumassist) • 8 planeeti • Merkuur • Veenus • Maa • Marss • Jupiter • Saturn • Neptuun • Uraan • Planeetide kaaslased • Nagu näiteks Kuu • Päikesesüsteemi väikekehad • Pluuto (plutoid) • Asteroidid (väikeplaneedid) • Komeedid • Meteoorid • Meteoriidid

4. Planeedid • Planeetide orbiidid on peaaegu ringikujulised ja asuvad samas tasapinnas • Planeedid tiirlevad ümber Päikese samas suunas Päikese pöörlemisega • Planeetide orbiitide raadiused suurenevad kindla seaduspära järgi (Kepleri III seadus) • Enamik planeete pöörleb ümber oma telje tiirlemisega samas suunas • Enamik planeetide kaaslasi tiirleb ümber oma emaplaneedi selle ekvaatori tasandis ning planeedi pöörlemisega samas suunas Planeedid jagunevad tiheduse järgi kaheks grupiks: a) Maa tüüpi planeedid (4 esimest) ja b) hiidplaneedid (4 kaugemat)

5. Ülesanne • Konstrueeri Päikesesüsteemi „mudel“ (arvuta planeetide mõõtkavas mõõdud ja kaugused) kus Päikest kujutab 10 meetrise diameetriga kera, mille mass on 1 tonn.

7. Merkuur ☿ • Päikesele kõige lähem planeet, seetõttu Maalt halvasti vaadeldav • Päikesesüsteemi kõige väiksem planeet (isegi väiksem kui mõned Jupiteri ja Saturni suuremad kaaslased), looduslikud kaaslased puuduvad • Tema aasta on võrdne 2 tema ööpäevaga st ööpäevas on 2 aastat! (ööpäev = 176 Maa ööpäeva, aasta = 88 Maa ööpäeva)) • Tema pinda on vähe uuritud, kuid sarnaneb väga Kuu pinnale (palju kraatermägesid ja tasandikke) • Atmosfäär puudub, pinnatemperatuur kuni +350ºC päeval ja -170ºC öösel, väga tugev magnetväli

8. Veenus • Maale lähim planeet (min. kaugus 42 milj. km), heleduselt kolmas silmaga nähtav taevakeha taevas. • Mõõtmetelt Maale sarnane, looduslikud kaaslased puuduvad • Väga tihe (ca 100x tihedam kui Maal) tihesüsihappegaasist, metaanist ja väävelhappest koosnev atmosfäär, mis katab planeeti paksu pilvekihina • Pinnal on väga tugev kasvuhooneefekt – temperatuur 460ºC • Pinnavormidelt on Veenus kõige „siledam“ planeet – kõrgeimate ja madalaimate punktide vahe on suhteliselt väike • Väga kõrge vulkaaniline aktiivsus

9. Marss • Päikesest lugedes 4. nn „punane planeet“. Punase värvi annab planeedi pinnale raudoksiid (rooste!) • Marsil on 2 ebakorrapärase kujuga väikest looduslikku kaaslast – Phobos ja Deimos • Marsil on Maaga võrreldes hõre atmosfäär, mis koosneb peamiselt süsihappegaasist ja lämmastikust. • Pinnatemperatuur jääb vahemikku -87C … +20C (keskmine -63C). • Marsi pinnal on nii kõrgeid mägesid (OlymposMons 27 km), sügavaid kraatreid kui ka süsihappegaasist „polaarjäämütsid“; poolustel võib tõenäoliselt eksisteerida ka vett

10. Jupiter • Päikesesüsteemi kõige suurem planeet (läbimõõt 11,2x suurem kui Maal, mass 318x suurem) • Tiirlemisperiood (aasta) 12 aastat, pöörlemisperiood (ööpäev) ca 10 tundi. Pöörlemistelje tasand on risti orbiidiga – aastaajad puuduvad! • Jupiter koosneb peamiselt vesinikust ja heeliumist, kui tema mass oleks moodustamise hetkel olnud suurem, võinuks temast saada täht. • Jupiteril puudub (tõenäoliselt) konkreetne pind – tihe atmosfäär läheb sujuvalt üle vedelaks keskkonnaks. • Jupiteri pinnatemperatuur on -100C, kuid see on palju kõrgem kui oleks ainult Päikeselt saadavast energiast • Jupiteri ümbritseb rõngaste süsteem, tema ümber tiirleb vähemalt 63 looduslikku kaaslast. Suurimad neist: Io, Europa, Ganymedes, Callisto on suuruselt võrreldavad Merkuuriga • Suur Punane Laik – on Jupiteri atmosfääris möllav hiiglaslik keeristorm, mis on kestnud juba vähemalt 300 aastat. Sellesse tormi mahuks vabalt sisse ka Maa.

11. Saturn • Tuntud kui „rõngastega“ planeet – lisaks selgelt nähtavale rõngaste süsteemile on Saturnil ka kümneid „kuid“, mõned nendest isegi suuremad kui Merkuur. • Ka Saturn pöörleb kiiresti ümber oma telje, tehes täispöörde ca 10 tunniga. • Saturni keskmine tihedus on 700 kg/m3 (Maa keskmine tihedus ca 5600 kg/m3) olles sellega Päikesesüsteemi „hõredaim“ planeet. • Saturni keemiline koostis on peaaegu identne Jupiteri omaga, ka tema temperatuur on kõrgem kui Päikeselt saadava energia arvelt olla võiks. • Ka Saturnil puudub tahke pind, samuti möllavad Saturnil suured tormid

12. Uraan • Uraani avastas üsnagi juhuslikult 1781. aastal William Herschel, pidades seda alguses täheks – tollastes teleskoopides nähti teda valguspunkti, mitte kettana, nagu teisi planeete – tema näiv liikumine lubas teda siiski planeediks liigiitada. • Uraanil nähtavad detailid puuduvad – kaasaegses teleskoobis näeb teda helesinise kettana. • Põhikoostiselt sarnane Jupiteri ja Saturniga – vesinik ja heelium, aga ka atsetüleeni ja metaani (millest ka planeedi värvus). • Uraan pöörleb suhteliselt kiiresti, tehes täispöörde 16 tunniga. • Uraani pöörlemistelg paikneb tiirlemistasandi suhtes väga väikese nurga all – ta nagu veereks mööda orbiiti. Tänu pöörlemistelje orientatsioonile on Uraanil sarnaselt Maa poolustele polaarpäev ja polaaröö, mille kestvus on 42 Maa-aastat • Ka Uraanil on rõngaste süsteem, paraku on need rõngad väga halvasti vaadeldavad • Sarnastelt eelmistele „suurtele“ on Uraanil vähemalt 15 looduslikku kaaslast • Uraani magnetpoolused asuvad (erinevalt enamikust teistest planeetidest) pöörlemispoolustega võrreldes suure (ca 60º) nurga all.

13. Neptuun • Neptuun avastati tänu sellele, et Uraani liikumistrajektoor erines oluliselt teoreetiliselt arvutatust. • 1846.a arvutasid (teineteisest sõltumatult) John Adams ja Urbain Le Verrier välja Uraani mõjutaja teoreetilise asukoha, kust Johann Galle ta leidiski. • Neptuunil on nõrk rõngaste süsteem ja vähemalt 8 kaaslast • Oma koostiselt ja omadustelt sarnaneb Jupiteri, Saturni ja Uraaniga. • Neptuunil on samuti avastatud torme, on jälgitud ka ühe suure tormi (nn „must laik“) lagunemist väiksemateks

14. Päikesesüsteemi väikekehad • Pluuto (plutoidid) • Asteroidid • Komeedid • Meteoorid • Meteoriidid

15. Pluuto (134340 Pluto) • Avastati Uraani liikumise häiritust uurides 1906. aastal PercivalLowell’i poolt (hiljem selgus, et Pluuto ei saanud kuidagi seda häiritust põhjustada) • Pluuto on suuruselt palju väiksem kui Maa Kuu – läbimõõt 67% Kuu omast, mass vaid 20% Kuu massist. • Kuni 2008. aastani loeti teda 9-ndaks planeediks, alates sellest kääbusplaneediks ehk plutoidiks. • Pluuto orbiit on väga välja venitatud, ulatudes kohati Päikesele lähemale kui Neptuuni oma • Pluutol on vähemalt 3 kaaslast – suurim neist on Charon, olles oma „planeedi“ suhtes suhteliselt suurim kaaslane Päikesesüsteemis • Pluuto on esimene suurem objekt Päikesesüsteemi ümbritsevas Kuiperivöös (ka Neptunitagused objektid TNO), mis koosneb paljudest Pluutoga võrreldavatest ja veelgi väiksematest objektidest

21. Asteroidid • Marsi ja Jupiteri vahele jääb loendamatu hulk (miljoneid) väikekehasid – asteroide • Asteroidid sattusid sinna Päikesesüsteemi tekkimisel – neist lihtsalt ei moodustunud mingil põhjusel planeeti. • Suurimad asteroidid: Ceres, Vesta, Pallas ja Hygiea on suuruselt võrreldavad Pluuto, Kuu ja isegi Merkuuriga; väikseimate läbimõõt võib jääda mõne kilomeetri kanti

23. Ceres

24. Gaspra

26. Komeedid • Komeedid on äärmiselt väljavenitatud orbiidiga väga väikeste mõõtudega väikekehad nn sabatähed (kokku ca 4200 tk) • Komeet koosneb tuumast (jääst ja kividest), koomast (aurustunud vesi ja tolm) ja sabast (väga hõre jääkristallidest ja tolmust moodustis) • Komeedi saba on Päikese valguse poolt avaldatava rõhu tõttu alati suunatud Päikesest eemale. • Komeetide tiirlemisperioodid: • Lühikesed 20 … 200 aastat (Halley, Hyakutake, Hale-Bopp), mille orbiit ulatub kaugeimas punktis Jupiteri orbiidi taha • Pikad üle 200 aastat (McNaugh’i komeet 92,6 tuh. aastat; Westi komeet 6 milj. aastat), mille orbiit ulatub kaugeimas punktis Päikesesüsteemist välja • Ühekordsed (mitteperioodilised) komeedid, mille orbiit pole ellips vaid parabool (või hüperbool) – sellistel komeetidel pole nime vaid numbrid C2000, C2001 jne

32. Metroorid • Meteoorid on peamiselt asteroidide vööst pärit kosmiline „prügi“, mis sattudes Maa raskusvälja tõttu Maa atmosfääri kuumeneb ja süttib. • Meteoore („langevaid tähti“) on selge taeva korral võimalik märgata peaaegu igal öösel. • Kaks korda aastas läbib Maa meteooride vööndit – perseiide (juuli lõpp … augusti keskpaik) ja leoniide (novembris 10 … 20), siis võib ühe tunni jooksul loendada tuhandeid meteoore

36. Meteoriidid • Meteoriidid on sellised meteoorsed taevakivid, mis ei jõua atmosfääris ära põleda ning jõuavad seetõttu maapinnale. • Igal aastal langeb Maale sadu tonne meteoriite • Suurimate meteoriitide kokkupõrked maapinnaga võivad tekitada suuri Maapinnale suuri löökkraatreid ja ökokatastroofe • Tuntuimad meteoriidikraatrid on Kaali ja Arizona; suuri

44. Päike

45. Päikese tähtsaimad „mõõdud“ • Keskmine kaugus Maast – ca 150 milj. km • Kaugus Linnutee keskpunktist ca 30 000 ly • Päikese läbimõõt – 70 000 km (ca 109·DMaa) • Päikese mass - 2·1030 kg (333 333·MMaa) • Vaba langemise kiirendus (pinnal) 274 m/s2(27,4·gMaa) • Tiirlemisperiood ümber Linnutee keskpunkti ca 250 milj. aastat (1 Gy galaktika aasta) • Päikese vanus ca 4,5 … 5 mlrd. aastat (18 … 20 Gy – galaktika-aastat) • Temperatuur • Pinnal 5800K (6073C) • Südames 15 000 000K • Kiirgusvõimsus 3,9·1026 W

46. KONVEKTSIOONI-VÖÖND (soojusenergiat antakse edasi nagu keevas vedelikus) Päikese ehitus TUUM (kus toimuvad termotuuma reaktsioonid ja tekib Päikese energia) FOTOSFÄÄR (soojusenergia muutub el.magn. kiirguseks ) KROMOSFÄÄR (fotosfääri ülemine kiht, mis kiirgab energiat maailmaruumi) KROON (Väga hõre kromosfäär)

47. Erineva heledusega pind näitab, et pinnatemperatuur ei ole ühtlane Päikese pind PÄIKESELOIDE (kuum aine paiskub sisemusest maailmaruumi)

48. Päikeseloide = ioniseeritud gaas  kosmiliste elementaarosakeste sünnikoht Päikese pind

49. Päikese pind Ümbritsevast keskkonnast palju madalama temperatuuriga osad on nähtavad tumedate päikeselaikudena Fotosfäär koosneb suurtest „gaasimullidest“ - gloobulitest

50. Päikesesüsteemi tekkimine