rs 2006 ontstaan vh zonnestelsel dl 2
DESCRIPTION
The origin of our solar system (in Dutch)part 2 of 2TRANSCRIPT
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
met dank aan Frans Rietmeijer (Sonnenborgh, oktober 2006)
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
from: Arny (1998) An introduction to Astronomy
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”
from: Arny (1998) An introduction to Astronomy
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)
met dank aan Frans Rietmeijer (Sonnenborgh, oktober 2006)
?
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 planetesimalen…
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…