Föreläsning 19/4 De jordlika planeterna Ulf Torkelsson 1 Jorden

Föreläsning 19/4
De jordlika planeterna
Ulf Torkelsson
FK Kap. 9, 11 - 13.
1
Jorden
Jorden är den största av de inre planeterna, och den särskiljer sig från de andra genom att ha en
atmosfär som består till 80% av kvävgas och till 20% av syrgas. En sådan atmosfär är kemiskt
instabil, och skulle inte kunna bestå om det inte vore för att syret är en biprodukt vid fotosyntesen. Temperaturen vid jordytan är också sådan att vatten kan förekomma i flytande form. Den
energikälla som värmer upp luften och vattnet till en för oss lämplig temperatur är Solen. Vid
Jordens bana ger solen ett energiflöde av F = 1390 W/m2 . Det innebär att Jorden tillförs en effekt
πR2 F , men av denna reflekteras en bråkdel η ut i rymden igen. η är Jordens albedo, vars numeriska värde är 0,39. Det innebär att 61% av solljuset absorberas av Jorden, och kommer senare
att strålas ut som värmen. Med hjälp av Stefan-Boltzmanns lag kan man ställa upp ekvationen
(1 − η) F πR2 = 4πR2 σT 4 ,
(1)
som ger oss att Jordens temperatur blir
(1 − η) F
T =
4σ
1/4
= 247 K.
(2)
I praktiken så är temperaturen vid jordytan ungefär 40 K högre. Jordens atmosfär är praktiskt
taget genomskinligt för synligt ljus som det infallande solljuset, men den återutsända strålningen
har sitt maximum omkring 10 µm, där växthusgaser som vatten, koldioxid och metan absorberar
strålningen. Dessa gaser fungerar därmed som en isolering vilken värmer upp jordytan. Under de
senaste decennierna har mängden koldioxid i atmosfären ökat, vilket tycks ha lett till en temperaturökning vid jordytan.
Atmosfären inte bara hindrar strålning att komma ut från Jorden utan den hindrar också en
del av solstrålningen från att nå jordytan. Ozonlagret som består av O3 absorberar ultraviolett
ljus från solen, vilket annars skulle vara farligt för livet på jordytan. Under de senaste decennierna
har ozonlagret minskat i omfattning på grund av utsläpp av freon.
Jordens inre skikt kan delas upp i tre skikt med olika kemisk sammansättning, en skorpa, en
mantel och en kärna. Skorpan som ligger överst har lägst densitet, och består av olika typer av
sten, medan kärnan har högre densitet och består av järn. Manteln består av järnhaltiga mineraler.
De inre delarna av en planet har värmts upp av radioaktiva ämnen som har sönderfallit, vilket
har gjort den yttre kärnan flytande, medan den inre kärnan återigen är fast på grund av det höga
trycket. Värmen från jordens inre transporteras ut genom den yttre kärnan genom konvektion.
Varma fluidelement är något lättare än sin omgivning och kommer att stiga uppåt och ta med
sig sin värme, medan kalla fluidelement kommer att sjunka nedåt. Dessa konvektionsströmmar
genererar Jordens magnetfält, som skyddar oss från solvinden. Mekanismen som skapar Jordens
magnetfält är dåligt förstådd, men man har hittat geologiska bevis för att magnetfältet byter
riktning med några miljoner års mellanrum.
Geologiskt sett kan man indela Jorden i två områden, djuphavsbottnarna och kontinenterna.
Djuphavsbottnarna ligger 2 000 m under havsnivån eller djupare. Kontinenterna är uppdelade i
kontinentalblock, som rör sig över manteln. Där kontinentalblocken möts uppstår förkastningar
eller bergskedjebildning. Dessa områden utmärks av hög geologisk aktivitet såsom vulkanutbrott
och jordbävningar. Det finns också områden som den Mittatlantiska ryggen där nytt material
tränger upp från manteln och skjuter isär kontinentalplattorna. Kontinentalplattornas rörelser
drivs av konvektionsströmmar i astenosfären, ett lager mellan jordskorpan och manteln.
1
2
Merkurius
Merkurius är den innersta av de jordlika planeterna. Den ligger i genomsnitt på ett avstånd av
58 miljoner km från Solen, men banan är så elliptisk att avståndet till Solen varierar mellan 46
miljoner km och 70 miljoner km. Relativt stjärnorna roterar Merkurius ett varv runt sin axel på 59
d, men i och med att året på Merkurius är 88 d kommer Merkurius att rotera tre varv runt sin
egen axel på två Merkuriusår. Om man istället räknar dagen på Merkurius från soluppgång till
soluppgång blir den 176 dagar, det vill säga den motsvarar två varv runt Solen. På grund av den
långsamma rotationen och avsaknaden av en atmosfär kan temperaturskillnaderna mellan dag och
natt bli stora på Merkurius. Under dagen kan temperaturen nå upp till 470 C, och på natten kan
den bli så låg som -180 C.
Merkurius yta är täckt av en stor mängd kratrar. Särskilt framträdande är den stora Calorisbassängen. Den stora mängden kratrar tyder på att ytan på Merkurius är gammal. Detta är
naturligt med tanke på att Merkurius är relativt liten med en radie på 2 440 km (jämför med
Månen som har radien 1 740 km). En så liten himlakropp bör svalna av snabbt, och därmed sluta
att vara geologiskt aktiv.
Merkurius kan vid en ytlig betraktelse påminna om Månen, men det finns några viktiga skillnader. Merkurius har den en betydligt högre densitet än Månen, vilket antyder att Merkurius har
en betydligt större kärna än Månen. Faktum är att Merkurius i förhållande till sin storlek har den
största järnkärnan av alla solsystemets planeter. Ett intressant problem med Merkurius är hur
den kan ha ett magnetfält med en styrka som är 1% av Jordens. Det kan möjligen förklaras med
att en del av Merkurius inre fortfarande är flytande.
Än så länge har Merkurius bara besökts av en rymdsond, Mariner 10, men nyligen har NASA
skjutit upp Messenger som kommer att nå fram i slutet av det här decenniet, och ESA har planer
på en sond, Bepi-Colombo, som skall gå in i omloppsbana kring Merkurius.
3
Venus
Venus ligger på ett avstånd av 108 miljoner km från Solen i en praktiskt taget cirkulär bana.
Storleksmässigt är planeten endast något mindre än Jorden. En underlighet med Venus är att den
roterar åt fel håll kring sin egen axel. Man skall dock komma ihåg att den roterar väldigt långsamt;
ett varv kring den egna axeln tar 243 dygn, som jämförelse kan mätas att året är bara 225 dygn.
Skälet till att Merkurius och Venus roterar så långsamt är att Solen har utövat en tidvattenkraft
på dem, och den tidvattenskraften har bromsat ner planeternas rotation.
Venus har en mycket tjock atmosfär som till största delen består av koldioxid. Genom den
växthuseffekt som koldioxiden skapar så är temperaturen vid Venusytan 500 C och trycket är 90
gånger atmosfärstrycket vid jordytan. Utifrån är det omöjligt att se Venus yta, eftersom planeten
ständigt är täckt av moln, vilka ligger på en höjd av 50 till 60 km. Molnen består bland annat
av svavelsyra, men fastän det regnar från molnen så är det osannolikt att några svavelsyradroppar
någonsin når ytan, eftersom de kommer att förångas dessförinnan.
Man har skapat kartor av Venusytan med hjälp av rymdsonder som har burit med sig radar.
Dessa kartor visar att den större delen av Venus yta består av en vidsträckt slätt med små höjdvariationer.
Sedan finns det två mer höglänta områden, som påminner om de jordiska kontinenterna, Ishtar
Terra och Aphrodite Terra. Man har hittat kratrar på Venus, men inte så många som på Merkurius
eller Månen, vilket man tolkar som att Venus yta är betydligt yngre, förmodligen inte mer än 500
miljoner år gammal. Tydligen har hela ytan blivit täckt av lava från vulkanutbrott under de
senaste 500 miljoner åren. Man kan också hitta vulkaner överallt på Venus yta. Däremot tycks
Venus sakna den typ av kontinentalplattor som vi har på Jorden. Venus beter sig snarare som om
hela planetytan vore en enda kontinentalplatta. En möjlig förklaring till detta är att Venus saknar
vatten, vilket på Jorden gör astenosfären mer lättflytande. Venus har inte heller ett magnetfält.
2
4
Mars
Mars ligger på ett avstånd av 228 miljoner km från Solen. Den är betydligt mindre än Jorden, dess
radie är 3 400 km. Dess dygn är å andra sidan bara en halv timme längre än dygnet på Jorden,
medan året är 90% längre. Mars har två små månar, Phobos och Deimos, vilket betyder fruktan
och skräck. Dessa är förmodligen infångade asteroider.
Mars har en atmosfär med ett tryck som är drygt 0,5% av trycket vid havsytan på Jorden. Atmosfären består till största delen av koldioxid. Den tunna atmosfären är tillräcklig för att ge Mars
ett väder. Från Jorden har man observerat stora sandstormar på Mars. Mars har också årstider.
Vid polerna finns det områden av is, vanlig is och kolsyreis. Dessa polarkalotter tillväxer under
vintern och krymper ihop under sommaren. Flera rymdsonder har observerat tecken på att det
tidigare har funnits vatten på Mars och en del forskare anser att det är möjligt att det fortfarande
finns vatten under ytan på Mars.
Sett från Jorden ser Mars röd ut. Det beror på att järnoxid, rost, är vanligt förekommande
på Mars yta. Det finns många tecken på att Mars tidigare har varit geologiskt aktiv. Olympus Mons, som är 24 km hög är solsystemets största vulkan. Valles Marineris är en långsträckt
förkastning av samma typ som Rift Valley i Östafrika. Mars har idag inte något magnetfält, men
det finns tecken på att den tidigare har haft ett magnetfält. Det finns till och med tecken på att
Mars magnetfält med jämna mellanrum har bytt riktning precis som Jordens magnetfält.
Under senare år har många rymdsonder utforskat Mars, och vid flera tillfällen har NASA lyckats
landa rymdsonder på Mars yta. De första gångerna var Viking 1 och 2 1976. 1997 landade Mars
Pathfinder med en liten rover, Sojourner, och 2004 har två större bilar landsatts på Mars.
3

Föreläsning 19/4 De jordlika planeterna Ulf Torkelsson 1 Jorden

Related documents

Products

Support

Föreläsning 19/4 De jordlika planeterna Ulf Torkelsson 1 Jorden

Related documents

Add this document to collection(s)

Add this document to saved

Suggest us how to improve StudyLib