Översiktskurs i astronomi
Lektion 5: Planetsystem
Upplä
Upplägg
Solsystemets uppkomst
En
stjä
stjärna föds
Planetesimaler
Inre
och yttre planeter
och asteroider
Kometer
Andra planetsystem
Metoder
Vad
för att upptä
upptäcka andra planetsystem
vi upptä
upptäckt hittills
Liv på andra planeter
Vad
kan vi egentligen säga om det?
det?
Solsystemets uppkomst I
Solsystemet
Gravitationen bö
började dra samman ett interstellä
interstellärt
moln fö
för ca 4,6 miljarder år sedan.
Rörelsemä
relsemängdsmomentets bevarande få
får molnet
att plattas av
De inre (jordlika)
planeterna
De yttre planeterna (gasjättar)
Solsystemets uppkomst II
Proplyder
En central fö
förtä
rtätning, protosolen,
protosolen, bildas
Gravitationell energi omvandlades till termisk
energi.Temperaturen i centrum steg till flera tusen
grader Kelvin
Efter ca 10 miljoner år steg temperaturen till ett par
miljoner Kelvin → spontana fusionsprocesser → En
stjä
stjärna tä
tänds
Överblivet material runt stjä
stjärnan bildar
protoplanetä
protoplanetär skiva (proplyd
(proplyd))
1
I tä
täta omgivningar blir det mer komplicerat…
komplicerat…
Kondensationstemperatur
Fördelningen av grundä
grundämnen i
planetsystemet
I centrala delarna kunde endast ämnen med hö
höga
kondensationstemperaturer fö
förbli i fast form, alla
andra fö
förångades.
I de yttre delarna kunde bå
både iskorn och stoftkorn
överleva.
Tätheten och trycket var lå
lågt i den protoplanetä
protoplanetära
skivan (proplyden
).
(proplyden).
Vid tillrä
tillräckligt lå
lågt tryck kan ett ämne inte existera i
flytande form. Övergå
vergången frå
från gasform till fast form
avgö
avgörs av ämnets kondensationstemperatur.
kondensationstemperatur.
För vatten, metan och ammoniak är den 100—
100—300 K.
Mineraler (t.ex. kisel & jä
järn) ligger på
på 1300—
1300—1600 K.
Ursprungsmolnets temperatur var ca 50 K → alla
ämnen utom vä
väte, kvä
kväve, helium och andra ädelgaser
var i fast form. I centrum var temperaturen ca 2 000 K.
Planetesimaler
Efter ett par miljoner år hade stoftkornen slagit sig
samman i det inre och bildat kilometerstora objekt,
planetesimaler i bå
både yttre och inre solsystemet.
Dessa kolliderade och byggde upp ännu stö
större
kroppar.
(AE)
De inre (jordlika) planeterna bildas
Frå
Från planetesimaler till planeter
Efter ca 100 miljoner år hade fyra eller fem inre
planeter skapats.
Det som skulle bli jorden kolliderade med en av de
andra. Det losslitna materialet blev sannolikt vå
vår
måne.
Jorden
Månen
2
De yttre planeterna (gasj
ättarna)
(gasjä
ttarna) bildas
I de yttre delarna var
temperaturen mycket lä
lägre.
Mer material fanns
tillgä
tillgänglig som kunde bilda
planetesimaler → mer
massiva planeter
Dessa drog lä
lättare till sig
väte och helium. De har
därfö
rför lä
lägre densitet än de
inre planeterna.
Till slut fanns fyra yttre
planeter som mestadels
bestod av dessa ämnen.
Planeter och månar är inte svartkroppar!
svartkroppar!
Färgerna har att göra med ytsammansä
ytsammansättning och
reflektionsfö
reflektionsförmå
rmåga,
ga, inte med temperatur.
temperatur.
Densitet (1000 kg/m3)
Planeternas färger
Mars
Asteroider och kometer
Jupitermånen Io
Asteroidernas uppkomst
De starka gravitationella krafterna frå
från Jupiter
skapade asteroiderna och kometerna genom att
planetesimalerna kolliderade.
Kollisioner är troligen orsaken till huvudbä
huvudbältsltsasteroiderna mellan Mars och Jupiter. Nå
Någon stö
större
planet kunde inte bildas dä
där.
Asteroidbälte
Asteroid
(enkelt uttryckt:
stenklump)
Komet
(enkelt uttryckt:
snö/isklump)
Kometernas uppkomst
Kometerna bildades bortom Jupiter och må
många
stö
stördes bort frå
från solens omgivning och finns nu
Oorts kometmoln ca 100 000 AE frå
från solen.
Andra planetsystem
Planetbildning kring stjä
stjärnan β Pictoris.
Pictoris. Stjä
Stjärnans
ljus har blockerats med speciell teknik.
3
Detektionsmetoder
Direkt metod:
Planetdetektion
genom blockering av
stjä
stjärnans ljus
Direkt observation
Problematiskt, eftersom ljuset från en stjärna är
ohyggligt mycket starkare än ljuset från dess planeter
→ Måste blockera ljuset från stjärnan för att se dem
Några indirekta metoder:
Astrometriska
metoden
Spektroskopiska metoden
Fotometriska metoden
Mikrolinseffekter
Kan i nulä
nuläget lyckas om:
Planeten är stor
Planeten ligger på
på stort avstå
avstånd frå
från sin moderstjä
moderstjärna
Planeten är ung och het (utsä
(utsänder infrarö
infraröd strå
strålning)
Astrometriska metoden I
Astrometriska metoden:
Stjä
Stjärnan och planeten rö
rör sig kring systemets
gemensamma tyngdpunkt (GM). Metoden bygger på
på
att mä
mäta hur mycket stjä
stjärnan fö
förflyttar sig i fö
förhå
rhållande
till GM, enligt:
r∗ = 955
Mp a
M* D
r*= avstå
avståndet frå
från GM i mikrobå
mikrobågsekunder
M*, Mp= stjä
stjärnans och planetens massa (i Jupitermassor)
a= planetbanans medelavstå
medelavstånd i AE
D= stjä
stjärnans avstå
avstånd frå
från oss i pc
Astrometriska metoden II
I figuren har stjä
stjärnan en massa av 1 M och ett
avstå
avstånd av 1 pc frå
från oss.
Planeten befinner på
på ett avstå
avstånd av 1 AE frå
från stjä
stjärnan.
1000
Stjärnans avstånd
I mikrobågsekunder
0
0
0,5
1
Planetens massa i jupitermassor
4
Spektroskopiska metoden I
Spektroskopiska metoden II
Spektroskopiska metoden:
Rörelsen kring GM orsakar också
också ändringar i radialradialhastigheten (genom Dopplereffekten). Hastigheten beror av
planetmassan,stjä
planetmassan,stjärnmassan och planetens avstå
avstånd frå
från
stjä
stjärnan.
Fotometriska metoden
Ljuskurvan fö
för HD 209458
Fotometriska metoden:
Om planeten passerar framfö
framför stjä
stjärnan, fö
förmö
rmörkas
stjä
stjärnan. Man kan bestä
bestämma den s.k. transittiden
ur magnitudfö
magnitudförändringen.
Fotometriska metoden ger många kandidater, men ljusförändringar kan
även bero på annat än planeter → Uppföljning med andra metoder krävs
Gravitationslinseffekter I
Ljussvag förgrundsstjärna
som rör sig genom synlinjen
Observatör
Gravitationslinseffekter II
Om förgrundsstjärnan åtföljs av en planeter får man
ytterligare toppar i ljuskurvan
Bakgrundsstjärna
Med linseffekt
Utan linseffekt
Ljusstyrka
Effekten kallas microlensing
(en av många möjliga
gravitationslinseffekter)
Tid
5
Egenskaper hos detekterade
planetsystem
Detektionsstatistik (Oktober 2008)
Totalt antal:
antal: 312 exoplaneter
Direkt detektion:
detektion: 6 planeter
Spektroskopiska metoden:
metoden: 293 planeter
251 system (221×
(221×1 ,21×
,21×2, 7×
7×3, 1×
1×4, 1×
1×5)
51 enskilda planeter också
också upptä
upptäckta med
fotometriska metoden
Gravitationslinseffekter:
Gravitationslinseffekter: 8 planeter
Övriga metoder:
metoder: 5 planeter
Ännu inget system
som riktigt liknar vå
vårt!
Ofta jä
jätteplaneter som
ligger mycket nä
nära
sina moderstjä
moderstjärnor
(s.k. ”hot Jupiters”
Jupiters”)
Astrometriska metoden har ännu inte lett till några detektioner, men
anses ändå lovande inför framtiden
Planetsystemet υ Andromedae
Liv på
på andra planeter I
Ett stort antal andra planetsystem är kä
kända. Men
finns dä
där liv?
Grundfö
Grundförutsä
rutsättning fö
för liv som vi kä
känner det:
Vatten bör förekomma i flytande form, d.v.s.
temperaturen på planetytan bör vara högre än 0 oC
och lägre än 100 oC.
Mars Odyssey & Phoenix
Vatten funnet på Mars!
Liv på
på andra planeter II
Temperaturen på
på en planet beror frä
främst på
på:
Teff = effektivtemperaturen fö
för stjä
stjärnan
a = medelavstå
medelavståndet mellan stjä
stjärnan och
planeten
A = albedot (planetens reflektionsreflektionsförmå
rmåga,
ga, A= 0 ger ingen reflektion, A=1
ger 100% reflektion),
R* = stjä
stjärnans radie i km
Planetens rotationsperiod
6
Liv på
på andra planeter III
Gliese 581c – Upptä
Upptäcktes 2007
P.g.a. vä
växthuseffekten är T
ca. 30 oC högre på
på jorden än
vad ekvationen anger.
För vå
vårt solsystem blir den
beboeliga zonen, ekosfä
ekosfären:
ren:
0,7< a < 1,6 AE
Mars ligger alltså
alltså mestadels
inom ekosfä
ekosfären.
Drakes ekvation
Drakes ekvation ger en uppskattning av antalet civilisationer,N,
civilisationer,N,
i vå
vår galax Vintergatan:
Trots ett kort avstånd till sin moderstjärna (0.07 AE) kan Gliese 581 c
ha flytande vatten (yttemperatur 0-40 C), eftesom dess moderstjärna
är svalare än vår sol. Ett år på Gliese 581 c är bara 13 jorddygn långt.
Voyagersonden
N= R∗ ⋅ f p ⋅ ne ⋅ f l ⋅ f j ⋅ fc ⋅ L
R*= stjä
stjärnbildningshastigheten av lä
lämpliga stjä
stjärnor (antal/å
(antal/år)
fp = andelen stjä
stjärnor som har planeter
ne= antalet jordliknande planeter i varje planetsystem
fl = andelen av dessa dä
där liv uppstå
uppstår
fj = den andel dä
där intelligent liv uppstå
uppstår
fc = andelen som utvecklat teknisk civilisation
L = livslä
livslängden fö
för en civilisation med mö
möjlighet att
kommunicera. Uppskattningsvis är N ~ L.
7
