Basis Cursus Sterrenkunde

hoofdstuk 3

Volkssterrenwacht Amsterdam

Nog even Kepler• Eerste wet van Kepler: De planeten bewegen zich

in ellipsbanen, met de zon in een van de brandpunten van de ellips.

• Tweede wet van Kepler (wet der perken): De voerstraal van de zon naar een planeet bestrijkt in gelijke tijden gelijke oppervlaktes

• Derde wet van Kepler (harmonische wet): Voor de halve lange assen van de ellipsbanen van de planeten en hun omloopperiodes P geldt :

P2/a3=constant

Newton• De kracht die twee puntmassa's m en M

op elkaar uitoefenen is evenredig met beide massa's en omgekeerd evenredig met hun onderlinge afstand in het kwadraat

F=GmM/r2

G= gravivatieconstante m=Massa planeet M=massa Zon F=Zwaartekracht van de Zon op de planeet r =afstand Zon - Planeet

Kepler en Newton• De centripetale kracht is in evenwicht met

de Zwaartekracht dus: mv2/r=GMm/r2

En dus: v2=GM/r• De Baansnelheid is natuurlijk gelijk aan de

omtrek van de baan gedeeld door de omlooptijd (baanperiode P) dus v=2πr/P

v2=4π2r2/P2=GM/r met wat schuiven krijgen we dan: 4π2/GM=P2/r3

De Planeten

• We maken onderscheid tussen de Aardse planeten en de Gasreuzen.

• Alle planeten hebben globaal eenzelfde soort steen-ijzerkern

• De vijf aardachtige objecten in het binnenste deel van het zonnestelsel zijn opgebouwd uit de zwaarste materialen die in het jonge zonnestelsel rond de zon draaiden: metaal en steen

De Planeten

Bij de vorming konden de gasplaneten (die in hun prille stadium net zoals de aardse planeten waren) door hun zwaartekracht de gassen uit de protoplanetaire nevel aantrekken en vasthouden. De aardachtige planeten konden dat niet, omdat er op hun plaats in het zonnestelsel minder gas was overgebleven. Ongeveer 1 miljoen jaar na het ontstaan van de accretieschijf verdreef de zonnewind het overblijvende gas uit het zonnestelsel.

De Aardse Planeten

de structuur van deze planeten:een metalen kern met een stenen mantel. de korst, het eigenlijke oppervlak, steen en metaal

van de planeet, door middel van vulkanisme aan de oppervlakte gebracht, gassen ontsnapt uit gesteenten, water en ijs, ...

MercuriusMercurius heeft een opvallend grote

metaalkern.

(1800km) Daardoor heeft ze ook een grote (5,4 g/cm3) massadichtheid, en dus een grotere zwaartekracht dan men op basis van de grootte zou verwachten. Ook heeft Mercurius hierdoor een relatief sterk magnetisch veld.

Temperatuur zonkant 600 K, schaduwkant 90 K

Mercurius

• Oud oppervlak

• Asrotatie 59 dagen

• Jaar 89 dagen

• Etmaal 3x59=2x89 dagen

Venus

• Venus en de Aarde hebben een kern die ongeveer de helft van hun diameter bedraagt. Ook in andere opzichten lijken de twee planeten geologisch gesproken op elkaar: ze hebben allebei vulkanisme, wat wijst op een vloeibare mantel.

Venus

• Druk oppervlak 90 atm relatief jong

• 96% CO2 Dus Broeikaseffect T=700K

• Wolken van zwavelzuur windsnelheid 350km/u (aan oppervlak lager)

• Asrotatie 243 dagen retrograad!

• Geen ashoek dus geen seizoenen

• Jaar 224 dagen

• Etmaal ………..

Aarde

• 34,6% IJzer 29,5% Zuurstof 15,2% Silicium 12,7% Magnesium 2,4% Nikkel 1,9% Sulfide 0,05% Titaan

• Atmosfeer 77% stikstof 21% zuurstof

• Grootste dichtheid

• Platentectoniek

• Labiel broeikasevenwicht

Aarde• Oppervlak 270 K• 0- 40 Korst • 10- 400 Boven mantel • 400- 650 Overgangszone • 650-2700 Onder mantel • 2700-2890 D'' laag (wordt soms

ingedeeld bij de onderste mantel) • 2890-5150 Buiten kern • 5150-6378 Binnen kern 7500 K

Aarde• 30% land 70% water (hoog albedo)

• Jong oppervlak

• 12756 km diameter iets afgeplat

• Asrotatie 1 dag

• Jaar 365 dagen

• Tweelichamenstelsel met …..

De Maan• Aarde-Maan stelsel draait om zwaarte

punt 700km beneden oppervlak Aarde

• Zeer oud oppervlak

• Geen atmosfeer

• Gebonden rotatie 27,3 dagen

• Diameter 3476 km

• Temperatuur 100 K tot 400 K

Aarde-MaanGetijden, een kwestie van aantrekkingskracht en

centrifugaalkracht

Aarde-Maan

Manen in het zonnestelsel

Mars

• Schiaparelli

• Lowell

• Canali, Gezichtsbedrog, maar

wel veel diepe lange ravijnen

6km diep en 4000km lang

en zeer grote vulkanen 25km

hoog

Mars• Diameter 6794 km

• Atmosfeer 95% CO2 stikstof en argon en 0,15% zuurstof

• Druk 7 millibar

• Temperatuur –130 °C tot +30 °C

• Asrotatie 24h37m

• Jaar 687 dagen

• Ashoek 25 graden (dus seizoenen)

Mars• Oud oppervlak zie stroompatronen en

kraters

• Dichtheid 3,9 g/cm3

• GEEN water, wel ingesloten, oxyden

Mars manen• Phobos en Deimos , ingevangen planetoiden

• Phobos 27 x 21 km circuleert naar binnen en valt in 40 miljoen jaar op oppervlak Mars

• Rotatie rondom Mars 0,3 dagen

• Deimos 15 x 12 km rotatie 1,26 marsdagen

De Gas Planeten

De Gasreuzen hebben allemaal een kleine kern van steen (max 1 tot 15 x massa Aarde) , daaromheen een laag ijs, en een mantel van waterstof. De diameter wordt gemeten op het 1 atmosfeer punt (dus in de atmosfeer)

De Gasplaneten

De grote massa van Jupiter en Saturnus zorgt voor een enorme druk in de planeet. Door die druk worden de elektronen losgerukt van de individuele waterstofkernen, en ontstaat een gemeenschappelijke elektronenzee. De waterstof wordt daardoor geleidend, en gaat zich als een vloeibaar metaal gedragen

De Gasplaneten

De waterstof wordt daardoor geleidend, en gaat zich als een vloeibaar metaal gedragen. Die metallische waterstof (in de diepe lagen van de schil) is ook verantwoordelijk voor de sterke magnetische velden van Jupiter en Saturnus

De Gasplaneten

Uit spectraalanalyse weten we uit welke elementen de atmosferen van de reuzenplaneten bestaan. Bij Jupiter en Saturnus is dat een mix van ammoniak (NH3), ammoniak-

hydrosulfide (NH4SH) en water (H2O)

De IJsplaneten

Uranus en Neptunus hebben veel minder waterstof, en deze bevindt zich vooral in de buitenste lagen van de planeet. Daardoor hebben deze twee planeten een veel minder sterk magnetisch veld

De IJsplaneten

Uranus en Neptunus hebben een mantel bestaande uit bevroren water (H2O),

methaan (CH4) en ammoniak (NH3).

Ze worden ook wel de IJsplaneten genoemd

De IJsplaneten

Uranus en Neptunus hebben een atmosfeer van voornamelijk methaan (CH4)

Jupiter

• Diameter 12x Aarde

• Massa 318x Aarde

• Asrotatie 9h 50m

• Jaar 11,86 jaar

• T inw 30.000 K

• T wolkentoppen

125 K tot 160 K

Jupiter• Oosten en westenwind tot 500 km/h• Stormen en anticyclonen 40.000 x 14.000

km (rode vlek, rotatie 6 dagen)• Verkleuringen in atmosfeer door

methaan, water, ammoniak en waterstofsulfide

• Magnetisch veld 20.000 x Aarde• Atmosfeer is 1000 km dik (Aarde 80 km)

Jupiter manen

Omlooptijden respectievelijk 1, 3, 7 en 16 dagen

Totaal >20 manen (4 grote en de rest heel klein)

IO

• Getijdenkracht Jupiter trekt oppervlak 100m omhoog (aarde 30cm voor water max 18m)

• Vulkanisme lavameren van zwavel

• Koppeling met electromagnetische ontladingen van 3 miljoen Ampere

IO

• Lavameren

• Lavastromen

Europa

• Dikke Ijslaag (50km)

• Oceanen van water

• Biljardbal

• Zeer Jong oppervlak

Ganymedes

• 3,5 miljard jaar oud oppervlak

• IJsoppervlak

Callisto

• 4 miljard jaar oud oppervlak

• IJs stof oppervlak

• Klein reliëf

Saturnus

• Diameter 10x Aarde

• Massa 95x Aarde

• Asrotatie 10,39 uur

• Jaar 29,46 Aardjaar

• >30 manen, 18 m naam

• Dichtheid 0,6 g/cm3 !!

125 K tot 160 K

• Ashelling 27 °

Saturnus

• Stormen 1000 km/h

• ammoniak (NH3), ammoniak-

hydrosulfide (NH4SH) en water (H2O).

• Ringen Grammofoonplaat van 3km diameter

• Kerntemperatuur 12000 K

Saturnus

• F ring

• Encke Scheiding

• A ring

• Cassini scheiding

• B ring

• C ring

• D ring

Saturnus

Saturnus manenTitan En de kleine ijsmaantjes Mimas,

Enceladus, Thetys, Dione, Rhea en Japetus.

Vele minimaantjes

Omlooptijden respectievelijk 15 0,9 1,4 1,9 2,7 4,5 en 79 dagen

TitanMethaanAtmosfeer-180 CCassini 2004Waterijs inEthaanzeeGebondenRotatieD 5150 km

Enceladus

Mimas Thetys

Saturnus manen

Japetus

“Voorruit en achterruit”, één kant zeer donker, de andere zeer licht

Saturnus manen

Uranus

• Diameter 4x Aarde

• Massa 14x Aarde

• Asrotatie 17h 14m

• Jaar 84 aardjaar

• Rotatieas 97.9 °

Uranus magnetisch

Miranda

Uranus manen

Neptunus

• Diameter 4x Aarde

• Massa 17x Aarde

• Asrotatie 16h 06m

• Jaar 164,8 aardjaar

• Rotatieas 27.9 °

• T –193 –153 °C

• Cryovulkanisme

• Het vulkanisch materiaal is waarschijnlijk vloeibare stikstof (N2) of methaan (CH4)

• Diameter 2705 km

• Albedo 72%

• Verder oppervlak CO, CO2 en H2O

• Atmosfeer, cyanide (HCN) en ethaan (C2H6)

• En andere organische verbindingen

Triton

Pluto

• Diameter 1/6 Aarde

• Massa 0,002x Aarde

• Asrotatie 6d 09h 17m

• Jaar 248 aardjaar

• Rotatieas 119 °

Pluto

Pluto en Charon dubbelplaneet met gebonden rotatie (6,39 dagen)

Kuiper objecten Steen en ijs klompen

Bevatten CH4 N2 CO en CO2

Basis cursus sterrenkunde

• Einde hoofdstuk 3