8 hete reuzenplaneten
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

8 hete reuzenplaneten

on

  • 451 views

lezing

lezing

Statistics

Views

Total Views
451
Views on SlideShare
319
Embed Views
132

Actions

Likes
0
Downloads
8
Comments
0

1 Embed 132

http://www.cdejager.com 132

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft PowerPoint

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

8 hete reuzenplaneten 8 hete reuzenplaneten Presentation Transcript

  • Grote Jupiterachtige planeten, die vlak om hun ster lopen. Kunnen die zo wel blijven bestaan?
  •  Reusachtige gasplaneten en kleinere rotsplaneten Ons planetenstelsel als voorbeeld; er zijn blijkbaar twee soorten planeten
  •  Banen van de buitenplaneten
  •  Voorbeeld: Jupiter en Saturnus; grote gasbollen
  •  Banen van de binnenplaneten
  •  Voorbeeld: Mercurius, steenachtig zonder echte atmosfeer
  •  Grote verschillen in omvang; kleine binnen-, grote buitenplaneten
  •  Omvang van Zon, Jupiter, Aarde en Maan
  •  De aardplaneten; steenachtig; dunne of zelfs geen atmosfeer
  •  De reuzenplaneet Jupiter: grotendeels gasvormig
  •  De ‘Rode vlek’ met zijn wervelende omgeving bestaat al enkele eeuwen
  •  1994: een stukgerukte komeet plonst in Jupiter
  •  De oorzaak: komeet Shoemaker-Levy-9 was al eerder door de aantrekking van Jupiter in 21 stukken gerukt
  •  Gasvormig met kleine rotsachtige kern (volgt uit vergelijking omvang en massa)
  •   Jupiter en Saturnus zijn gasplaneten met een kleine steenachtige kern; op hun afstand tot de zon bevriest interstellair water het komt buiten de planeten dus niet in dampvorm voor  De buitenste planeten, Uranus en Neptunus zijn wat kleiner, hebben geen steenachtige kern, maar ijs komt er veel in voor; men zou ze ijsplaneten kunnen noemen  Wat dat betreft lijkt hun samenstelling op die van de buitenste gordel van kleinere lichamen, zoals Pluto De structuur van de buitenplaneten
  •  Ons planetenstelsel Hoe zou het kunnen zijn ontstaan?
  •  Bij de ster Bèta Pictoris werd een vlakke gasschijf ontdekt
  •  En later zelfs een planeet Bèta Pictoris-b
  •  Hoe het zou kunnen zijn ontstaan – fase 1 –een samenkrimpende gaswolk
  •  Tweede fase: platte schijf
  •  Van protoplanetaire schijf tot ster met planeten
  •  Gebeurt het echt wel zo? De ontdekkimg van protoplanetaire schijven
  •  Een proplyde in Orion (proplyde = protoplanetaire schijf)
  •  Proplyden in de Orion nevel
  •  Nog meer proplyden Orion is een befaamd broeinest voor het ontstaan van sterren
  •  Protoplanetaire schijf in Orion op zijn kant gezien (1500 lj)
  •  Een merkwaardige protoplanetaire schijf
  •  Gecompliceerder: de Vierkante nevel
  •   Het scenario (schijf-instabiliteit) is onderzocht met theoretische modellen  Het blijkt dat het groeiproces snel voortgaat  Planeten zoals Jupiter kunnen in één of enkele honderden miljoenen jaren ontstaan  Wel blijkt baanmigratie op te zullen treden (vgl. onze maan die ten gevolge van getijdenwerking steeds verder van de aarde komt te lopen) – dit verklaart gedeeltelijk de grote afstand van de grote buitenplaneten tot de zon Onderzoek van het groeiproces
  •  De speurtocht naar exoplaneten Diverse methoden ontwikkeld
  •  Ster en planeet lopen om het gemeenschappelijke zwaartepunt
  •  Eerste en meest doeltreffende methode: meting radiële snelheid van ster
  •  Ster verplaatst zich omdat een planeet om de ster loopt. Slechts kleine snelheden. Voorbeeld: 51 Peg
  •  De overgangsmethode (transit)
  •  Zwaartekracht-lens methode
  •   De eerste exoplaneet werd ontdekt in 1995  Op 2 september 2013 waren 942 exoplaneten ontdekt  Meest grote planeten, dicht bij een ster: hete Jupiters  Hier speelt een zeer sterk selectie-effect  Voorbeeld: de aarde loopt met 20 km/s om het zwaartepunt van aarde en zon; dus beweegt de zon (300 000 maal meer massa) met 6 cm/sec om datzelfde zwaartepunt; dat is nu nog niet te meten  Een aardachtige planeet is dus moeilijk te ontdekken Resultaten en beperkingen
  •   De aarde heeft een oppervlak dat 0,0001 dat van de zon is.  Met de transit methode gaat het ook niet: eenmaal per jaar wordt de zonnestraling gedurende ruim een uur met één-tienduizendste verzwakt  De aarde straalt ongeveer miljoen maal minder licht uit dan de zon  Zoek vanuit een afstand van vele lichtjaren naar dat zwak lichtende puntje naast de zon …. En bovendien …
  •   Jupiter loop in 12 jaar om het zwaartepunt van het planetenstelsel op een afstand van 5 maal aarde-zon. De snelheid is ongeveer 15 km/sec  De zon, met ongeveer 1000 maal meer massa, loopt dan eenmaal in 12 jaar om het zwaartepunt met een snelheid van 15 m/sec. Dit is marginaal te meten: de spectrale golflengte verplaatsing is minder dan één op tien miljoen  Eenmaal in 12 jaar wordt de zonnestraling gedurende ca. drie uren met ca. 1% verzwakt  Kortom: kleine kans Zou een buitenaardse onderzoeker ooit Jupiter kunnen ontdekken?
  •  Enkele resultaten Een willekeurige greep
  •  CoRoT -1- 3b; massa 31,8 J ; straal 1,2 J; periode 4,2d; Dopplermethode
  •  OGLE – TR – 132b; massa 1,14 J; straal 1,18 J; periode 1,69 d; gravitatie-lens methode
  •  HAT-P-12-b; massa 0,21 J; straal 0,96 J; periode 3,21 d; overgangsmethode
  •  Kepler- 5-b; massa 2,11 J; straal 1,43 J; periode 5,55 d; overgangsmethode
  •  Samenvattend: Boven: de minimum massa’s; onder: de halve grote baan-as
  •  Vergelijk lengte baan-as met excentriciteit (boven) en massa (AU = afstand aarde – zon)
  •  Opbouw van de hete Jupiters We weten iets van de samenstelling dank zij spectroscopisch onderzoek. Uit theoretisch werk komt een summier beeld van de opbouw te voorschijn
  •  Hoe zo, spectroscopie? Een voorbeeld: HD209458b (‘Osiris’) trok over de ster
  •  In het spectrum van de ster verschenen nieuwe lijnen
  •   Spectroscopische analyse
  •   Tot dusverre pas onderzocht voor een hypothetische planeer met een buitentemperatuur van 1250 K – zo’n planeet is binnenin heter  Bedenk dat H het meest voorkomt in het heelal: 90%  De verschillende moleculen (vooral NH3, H2O, N2, CO2, CH4, MgSiO3) condenseren op verschillende hoogten – zo zullen wolken van verschillende samenstelling op achtereenvolgende hoogten voorkomen. Boven de Si-laag komen wolken voor van de andere genoemde moleculen  Dit alles hangt sterk af van de temperatuur van de planeet en het verloop van de temperatuur over de diepte  Dit onderzoek staat pas in het begin; veel zal volgen Vermoedelijke opbouw
  •  De stabiliteit van de hete Jupiters Kunnen ze wel blijven bestaan, zo dicht bij die hete sterren?
  •   Waarom zien we kleine rotsplaneten op korte afstand tot de zon en zien we de grote gasplanten op grotere afstanden  En equivalent daarmee: waarom komen de in het Universum meest voorkomende gassen (H en He, samen 99%) nauwelijks of niet voor op de binnenplaneten en wel in de grote?  Het klassieke antwoord was dan: het is de zon! Haar (ultraviolette) straling en de zonnewind Eerst: een klassieke vraag met het klassieke antwoord
  •   De UV-straling van de zon splitst de moleculen in de buitenlagen van een planeet in de afzonderlijke atomen – indien de planeet niet te ver van de zon af staat. Deze lichte atomen worden weggeblazen door de zonnewind  Dat geldt vooral voor het lichte waterstofmolecuul  Zo gaat dat door tot de lichtste atomen en moleculen van de planeet in de ruimte verdwenen zijn. Over blijft de rotsachtige kern – zo wordt het bestaan van de binnenplaneten verklaard; Jupiter staat te ver om zo beïnvloedt te worden. De ultraviolette straling
  •  De zonnecorona –bron van de zonnewind
  •  Schets van de zonnewind
  •  De zonnewind uit zich in kometen. Komeet Hale-Bopp (1997) met de gas- en stof-staarten
  •  Dit was/is de gangbare theorie Maar is hij wel juist? Een opzienbarende ontwikkeling: het H3 +molecuul
  •   Waterstof en helium, die 99% uitmaken van het planeetgas stralen nauwelijks de opgeslagen energie uit  Als de UV-straling van de zon sterker is dan een te berekenen grenswaarde, kan dit de temperatuur van de planeet zodanig verhogen dat de planeet zelfs geheel verdampt.  Bovendien: In de jeugd van zon en planeten was de UV-straling van de zon wel honderd maal feller dan nu het geval is. Zouden dan de Jupiters wel hebben kunnen ontstaan? Zie de volgende tabel. Hete Jupiters kunnen verdampen door UV zonne-energie
  •  In de ontstaansperiode van zon en planeten was de UV-straling van de zon ca. 100 maal sterker (laatste kolom: zie later)
  •  Een schrikwekkend voorbeeld: HD15671-b  Massa = 3 × Jupiter. Straal = 0,964 × Jupiter. Loopt om de ster vin 21,22 dagen.  Zeer excentrische baan.  Periastron afstand is slechts 0,05 van aphastron afstand. (dit zijn punten van de baan dichtst en verst van de ster)  In periastron ontvangt de planeet ca. 2500 maal meer sterstraling dan in aphastron. Wordt hij dan niet zo heet dat hij verdampt of zelfs explodeert?
  •   Dit molecuul werd 100 jaar geleden (1911) ontdekt door J. J. Thomson. Een wonderlijk molecuul van drie waterstofatomen waartussen twee elektronen rondkrioelen  Het werd in 1988 ontdekt in poollicht op Jupiter in 1996 in de interstellaire ruimte.  Het heeft een enorm afkoelend vermogen. Opgenomen energie van de twee elektronen en de drie atomen wordt snel uitgestraald Redder uit de nood: het H3 +-molecuul
  •   Twee waterstofmoleculen, waarvan een geïoniseerd is, botsen:  H2 + + H2 -> H3 + + H  Zo ontstaat het H3 + ion  Het is zeldzaam; komt nergens meer voor dan één op miljard waterstof moleculen  Maar draagt per molecuul 10 miljoen maal sterker bij tot de afkoeling dan een H2 waterstofmolecuul Hoe het ion ontstaat
  •   Breng Jupiter dichter bij de zon , tot op 1 AE (= astronomische eenheid). Hij wordt nu 27 maal sterker bestraald  Maar ook de ionisatie van het waterstofmolecuul wordt versterkt; er komen meer H2 +–moleculen en daardoor ook meer H3 +-moleculen  Die stralen sterk uit en daardoor koelt de planeet af  Pas wanneer we Jupiter tot op 0,16 AE zouden brengen, zullen de H2 moleculen uiteenvallen en dan kan het H3 +-molecuul ook niet meer gevormd worden. Dan loopt de planeet gevaar. Gedachten-experiment
  •  De laatste kolom geeft de grens waar buiten Jupiter kon bestaan. Jupiter ontstond na 1 à 2 miljoen jaar. Kon dus niet dichter bij de zon ontstaan dan 1,68 AE.
  •  De planeten ontstonden in een vroeg stadium van het leven van de zon Toen konden Jupiter, Saturnus … kortom de grote buitenplaneten, niet ontstaan op kortere afstanden tot de zon dan een of twee AE Daarna werden ze verder naar buiten gebracht door getijdenwerking Op kleinere afstanden ontstonden de rotsplaneten Probleem van ons planetenstelsel is nu ook opgelost!
  •  DANK! Deze presentatie zal vanaf 19 september te lezen zijn op de website www.cdejager.com Ga naar ‘presentaties’ en daar naar ‘8-hete-Jupiters’