RS 2006 Ontstaan vh Zonnestelsel dl 2

HSK Lezing 20 oktober 2006

“Ontstaan van het Zonnestelsel”

deel 2 (slot)

door Rob Smit

Een overzicht van de TIJD

13.700.000.000

Onstaan v/d MELKWEG 13.500.000.000

De RECENTE tijd... het NU

Onstaan ZONNESTELSEL 4.700.000.000Onstaan AARDE 4.650.000.000

LEVEN ontstaat op aarde 3.700.000.000

Uitwendig skelet [Laat Precambrium] 540.000.000

Voldoende zware elementen gevormd? 10.000.000.000

Ontstaan van terrestrische planeten (en daarom ook leven) onwaarschijnlijk, met name door het ontbreken van zwaardere elementen in voldoende concentraties

Ontstaan van o.a. terrestrische planeten (en daarom mogelijk ook leven) mogelijk

Begin van de TIJD met de OERKNAL

De ontstaansgeschiedenis van een zonnestelsel

T ~ 104 – 105 jaar

T ~ 105 – 106 jaar

T = 0 jaar

T ~ 106 – 107 jaar T ~ 107 jaar

Verdeling materie zonnestelsel

Zon 99.85%

Planeten* 0.135%

Rest** 0.015%

* Jupiter 2x massa alleandere planeten samen.

** Planetoïden, miniplanetenen kometen.

Ontstaansgeschiedenis van ons Zonnestelsel

MercuriusVenusAardeMars

Jupiter Saturnus Uranus1781

Neptunus1846

ZON

Pluto1930

IAUPrague

2006

asteroïden

ErosEros

33 x 13 x 13 km 33 x 13 x 13 km

zodiacaal stofzodiacaal stof

Kuipergordel en Oortwolk kometen

en miniplaneten(“ijsdwergen”)

Hale-BoppHale-Bopp

IAU 2006 General AssemblyResult of the IAU Resolution votes

Prague 24 August 2006

Resolution 5A: “Definition of ‘planet’ ”Resolution 6A: “Definition of Pluto-class objects”

RESOLUTION 6A

Pluto is a “dwarf planet” by the definition of Resolution 5A and is recognized as the prototype of a new category of trans-Neptunian objects.

RESOLUTION 5A

The IAU resolves that planets and other bodies in our Solar System, except satellites, be defined into three distinct categories in the following way:

(1) A “planet”1 is a celestial body that:(a) is in orbit around the Sun;(b) has sufficient mass for its self-gravity to overcome rigid body forces so that it assumes a

hydrostatic equilibrium (nearly round) shape, and(c) has cleared the neighbourhood around its orbit.

(2) A “dwarf planet” is a celestial body that:(a) is in orbit around the Sun;(b) has sufficient mass for its self-gravity to overcome rigid body forces so that it assumes a

hydrostatic equilibrium (nearly round) shape2;(c) has not cleared the neighbourhood around its orbit;(d) is not a satellite.

(3) All other objects3, except satellites, orbiting the Sun shall be referred to collectively as “Small Solar-System Bodies”.

1 The eight planets are: Mercury, Venus, Earth, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune.2 An IAU process will be established to assign borderline objects into either dwarf planet and other categories.3 These currently include most of the Solar System asteroids, most Trans-Neptunian Objects (TNOs), comets,

and other small bodies.

Planeten draaien in bijna circelvormige banen en alle in de zelfde richting rond de zon

Planeetbanen liggen alle vrijwel in het zelfde vlak (het vlak van de ecliptica), behalve die van Mercurius en van de ‘minor planet’ Pluto

De terrestrische planeten

Mercurius Venus Aarde Maan Mars

korst stenen mantel vloeibaar ijzer ijzerkern

De vier binnenste planeten plus de maan zijn allemaal vaste lichamen met een steenachtig oppervlak. Ook inwendig vertonen ze overeenkomsten.

tekeningen Volkssterrenwacht Urania

te zware kern? te dikke mantelgeen vloeibare buitenkern?

De gasreuzen

Jupiter Saturnus Uranus Neptunus

moleculaire waterstof metallische waterstof ‘ijs’ steen

tekeningen Volkssterrenwacht Urania

te klein door tekort aan gas of teveel ijs?

te klein door tekort aan gas of teveel ijs?

from: Arny (1998) An introduction to Astronomy

Zijaanzicht van het zonnenstelsel: Orientaties en draairichtingen van de assen van de planeten

Massa, volume en soortelijke massa van de planeten

De objecten van de Kuipergordel (kometen en miniplaneten, de voormalige zgn. “ijsdwergen”) zijn vermoedelijk overblijfselen van het oorspronkelijke accretieproces in de “solar nebula”, waaruit ook de planeten zijn gevormd.De Kuipergordel is de bron van de kort-periodieke kometen, die zich vrijwel altijd min of meer in het vlak van de ecliptica bewegen.De komeet Wild2, welke het onderwerp is van NASA’s STARDUST onderzoek, is afkomstig uit de Kuipergordel. Materiaal afkomstig van Wild2, dat tijdens de flyby werd opgevangen en daarna terug werd gebracht naar de aarde, wordt thans intensief onderzocht…

Wild2composite

image

~ 5 km

zachte landing: 15 JAN 2006

met dank aan Frans Rietmeijer (Sonnenborgh, oktober 2006)

~50 tot 400? AU

Kuipergordel

gelanceerd7 FEB 1999

Jupiter

Wild2

logaritmische schaal


Vermoedelijk zijn de objecten van de Oortwolk dichter bij de zon gevormd dan de objecten van de Kuipergordel. Waarschijnlijk zijn kleine objecten die gevormd zijn in de buurt van de reuzenplaneten door gravitationele effecten uit het zonnestelsel geslingerd en vormen zij thans op verre afstand de Oortwolk.

De komeet Halley is de eerste Oortwolk komeet die in detail kon worden be-studeerd tijdens de flyby van o.m. ESA’s Giotto ruimtevaartuig op 14 maart 1986.

komeet Halley15 x 8 x 7.5 km

Lang-periodieke kometen, zoals inderdaad komeet Halley, worden gedacht afkomstig te zijn uit de Oortwolk. Baan-inclinaties van deze kometen bestrijken de gehele hemel, al is er een klein overwicht van banen die rond het vlak van de ecliptica liggen (de “inner Oort cloud”).

met dank aan Frans Rietmeijer Sonnenborgh, oktober 2006

interplanetair stof

Silikaten gemengd

CHONHalley

De opbouw van planetesimalen uit het stof van de accretieschijf rond onze protozon


interplanetair stofRietmeijeroktober 2006

De formatie van ijz- en steenachtige planetesimalen. Steenachtige kernen worden gevormd zowel binnen als buiten de zogenaamde “sneeuwlijn”, terwijl de ijsachtige planetesimalen (waaronder o.a. ook de ijsdwergen, zoals Pluto, en kometen) alleen daarbuiten kunnen worden gevormd.

“sneeuwlijn”

“sneeuwlijn”


Schematisch overzicht van de protoplanetaire schijf

Binnengrens van condensatie van het stof

T-Tauri ster

Gas

Schematisch overzicht van de protoplanetaire schijf

Stof

T-Tauri ster

hete buitenlaag

koude centrale laag

Binnengrens van condensatie van het stof

laag met grotere stofdeeltjes

Relatieve abundanties van de condensaten in de accretieschijf van de zon

© Addison Wesley

Hoe zijn deze hoge-temperatuur mineralen gevormd? Het X-wind model geeft een mogelijk plausibel antwoord

Hoge-temperatuur mineralen in

kometen zijn voorspeld door het

X-wind model: Ook mogelijkkeden

om silikaten te maken?

Scott and Krot (2005)


?

Comet Wild-2 Fe-Ni Sulfiden: 1100oC en hoger?

1-µm1-µm

FeSFeS

gelgel

© Addison Wesley

Vorming van de eerste steenachtige objecten met een diameter van ongeveer 100 km, de zogenaamde planetesimalen. Deze planetesi-malen worden waarschijnlijk niet alleen gevormd in banen rond de zon, maar ook in de ruimten rond wat later planeten zullen worden.

In de daaropvolgende fase botsen planetesimalen veelvuldig met elkaar en groeien uit tot steenachtige planeten. Buiten de “sneeuwlijn” tenslotte (d.w.z. buiten de banen van Mars en de Planetoïden) groeien planeten in omvang door het invangen van de aanwezige gassen (voornamelijk waterstofgas) tot de zogenaamde gasreuzen.

© Addison Wesley

De vorming van planetesimalen…

de vorming van de Maan door een botsing tussen de proto-Aarde en

Mars-achtige planeet…

Anders dan Mercurius draait Venus

retrograat om haar as: de draaiingsas van

de planeet heeft blijkbaar een kanteling

ondergaan van 177º.

Over het algemeen wordt deze kanteling

toegeschreven aan een zware inslag.

Vermoedelijk heeft deze inslag

plaatsgevonden nog tijdens een vroege

vormingsfase van Venus, toen de planeet

nog minder massief was…

Venus kent geen of slechts een heel zwak

en gelokaliseerd magnetisch veld. Of dit

betekent dat Venus geen vloeibare

(buiten-) kern heeft – zoals de aarde die

bezit – of dat het e.e.a. het gevolg is van

de uiterst langzame draaiing van Venus

rond haar as, is onduidelijk.

Venus

geen vloeibare buitenkern

Noch Venus noch Mercurius hebben satellieten. Indien ooit aanwezig, waren de banen van deze satellieten echter instabiel en werden ze uiteindelijk ingevangen door de planeten zelf of door de zon (Azimov, 1963)

computer simulatie van het ontstaan van de Maan

Het ontstaan van onze Maan is vermoedelijk het resultaat van een botsing tussen onze proto-aarde en een object (~protoplaneet) ter grootte van Mars.

Deze ontstaansgeschiedenis zou o.m. verklaren waarom de Maan slechts een relatief kleine kern heeft van ijzer-nickel en een buitenpropor-tionele dikke mantel van silicaten. Het mantelmateriaal van de Maan zou als gevolg van de botsing vooral zijn geleverd door de aardse mantel...

Interne structuur van de Maan

Kleine, ijzer-nickel rijke kern;

Vaste mantel direkt onder

regolith (géén plaattektoniek);

Maan had waarschijnlijk ooit

een (zwak) magnetisch veld,

maar t.g.v. stolling van de kern

nu geen magnetisme meer;

De korst van de Maan is dikker

aan de achterzijde en er is

meer (zwaarder) mantel-

materiaal aan de voorzijde van

de Maan, m.n. in de mares.

(solid)

mantel

Na de vorming van de

planeten is er zeer

vermoedelijk nog een

episode geweest in ons

zonnestelsel, welke een

grote invloed heeft gehad op

de uiteindelijke vorm en

samenstelling ervan.

De aanleiding tot ideeën

hierover was het vermoeden

van een relatief korstondig,

maar buitengewoon

intensief bombardement van

de Maan…

“Lunar Cataclysm” of “Last Heavy Bombartment” (LHB) rond 3,9 Ga

Uranus

Neptunus

Saturnus

Jupiter

De baan van Uranus ligt buiten die van Neptunus

De omloop-tijden van Jupiter en Saturnus zijn aanvankelijk niet in resonantie

Gordel van zowel steen- als ijsachtige planetesimalen tussen ~15 en ~35 AU

Aanvangssituatie simulatie van bereiken vanJupiter-Saturnus 1:2 resonantie

Zonnestelsel na ~ 700 Ma

De planeten Jupiter

en Saturnus

bereiken ongeveer

700 Ma na het

ontstaan van de

planeten een 1:2

resonantie in hun

omloop rond de zon.

Als gevolg van het bereiken van een 1:2 resonantie tussen Jupiter en Saturnus,

worden alle buiten de baan van Saturnus gelegen objecten in hun banen verstoord.

Neptunus wordt buiten de baan van Uranus geplaatst, terwijl een groot reservoir

van planetesimalen (een verzameling van pro-Kuipergordel objecten?) op

chaotische wordt verspreid. Een deel valt richting de zon en veroorzaakt o.m. het

cataclysmische bombardement op de Maan…

Mogelijk heeft het bereiken van een 1:2 resonantie tussen Jupiter en Saturnus, ook Mars beïnvloed…

Gesuggereerd wordt dat Mars zijn water mogelijk heeft ontvangen in deze periode van de LHB in de vorm van kometen.

Het enige serieuze probleem hiermee (en dus met het idee van een HLB) is dat er vrijwel geen water is gevonden op de Maan. De Maan is, letterlijk, kurkdroog…

Het lijkt waarschijnlijker dat het volume aan water, dat met het mengsel van ijs- en steenachtige planetesimalen werd gedumpd, relatief gering was. Het merendeel van het op Aarde en (nog) op Mars aanwezige water is veeleer afkomstig van het uitgassen van deze planeten.

Kleine selectie van de honderden extra-solaire planeten die thans zijn aangetoond rond even zoveel verschillende sterren

MJsini AU Pdays e i

Extra-solaire Planeten

i

kijkrich

ting

*

Extra solar planets: Technique, results, and the future (Marcy & Butler, 1999)

i

kijkrichting

Statistieken van exoplaneten

Extra solar planets: Technique, results, and the future (Marcy & Butler, 1999)

Statistieken van exoplaneten

Een van de grote verrassingen bij de ontdekking van extra-solaire planeten was dat grote, Jupiter-achtige planeten zeer dicht rond hun ster cirkelen. Dit gaf aanleiding tot ideeën omtrent migratie van planeten, van buiten naar binnen, in de richting van de centrale ster.

De vraag is natuurlijk of ons zonnestelsel een bijzondere plaats inneemt, of dat de huidige kennis simpelweg nog een te onvolledig beeld geeft van mogelijke configuraties van planeetstelsels.The answer is still out there…

RS 2006 Ontstaan vh Zonnestelsel dl 2

Education

Transcript of RS 2006 Ontstaan vh Zonnestelsel dl 2