Ewolucja Wszechświata Wykład 11

Prezentacja na temat: "Ewolucja Wszechświata Wykład 11"— Zapis prezentacji:

1 Ewolucja Wszechświata Wykład 11

2 Układ słoneczny Słońce jest okrążane przez 9 planet, które poruszają po prawie kołowych orbitach położonych mniej więcej w jednej płaszczyźnie, która pokrywa się w zasadzie z płaszczyzną równika słonecznego; wszystkie planety poruszają się w tym samym kierunku, zgodnym z kierunkiem obrotu Słońca.

3 Układ słoneczny Jedynie dla Wenus i Urana kierunek ruchu wirowego jest przeciwny niż kierunek ruchu orbitalnego. Średnie odległości planet od Słońca zawierają się w granicach od około 0,4 j.a. (Merkury) do około 30 j.a. (Neptun) j.a. (jednostka astronomiczna) - średnia odległość Ziemi od Słońca (ok.150 mln km)

4 Układ słoneczny Planety typu Ziemi Planety typu Jowisza
Merkury, Wenus, Ziemia , Mars Jowisz, Saturn, Uran, Neptun Średnice od 4,9 tys. km (Merkury) do 12,8 tys. km (Ziemia) Średnice od 48,6 tys. km (Neptun) do 142,8 tys. km (Jowisz). Zbudowane głównie z gęstej i trudno topliwej materii skalnej (krzemiany i metale) średnie gęstości: g/cm3. Zbudowane głównie z najlżejszych pierwiastków (wodoru i helu) średnie gęstości: g/cm3. Zawierają niewielkie jądro skaliste, dalej gruba warstwa ciekłego wodoru otoczona atmosferą wodorowo-helową (Jowisz i Saturn), lub otoczone przez grubą warstwę lodu wodnego, amoniaku i metanu (Uran i Neptun) Zawierają jądro żelazo – niklowe otoczone grubym skalistym płaszczem.

5 Układ słoneczny W odległości 2-4 j.a. od Słońca, między orbitami Marsa i Jowisza, krąży bardzo dużo małych ciał, zwanych planetoidami, tworząc pas główny planetoid.

6 Układ słoneczny Poza orbitą Neptuna, czyli poczynając od około 35 j.a. od Słońca, rozpościera się tzw. pas Kuipera – największy obiekt: Pluton. Odkryto kilkaset ciał o rozmiarach nie mniejszych niż 100 km poruszających się po prawie kołowych orbitach nachylonych pod małymi kątami do płaszczyzny ekliptyki (płaszczyzny orbity Ziemi).

7 Układ słoneczny Układ Słoneczny jest przypuszczalnie zanurzony w ogromnym, sferycznym obłoku, zawierającym setki miliardów drobnych ciał o budowie przypominającej jądra komet. Pas Kuipera - dysk utworzony z takich drobnych ciał, krążących mniej więcej w płaszczyźnie orbit planet - przechodzi w wewnętrzną, gęstszą część obłoku Oorta, rozszerzającą się stopniowo w sferyczny, rzadszy zewnętrzny obłok Oorta (2 lata świetlne od Słońca).

8 Układ słoneczny Proporcje odległości w Układzie Słonecznym.

9 Obłok Oorta Ciała tworzące pas Kuipera i obłok Oorta są bardzo liczne. Ocenia się, że jest ich kilkaset miliardów.

10 Układ słoneczny Komety
(średnica: 100 tys. km) (długość: kilkaset mln. km) Komety Porowate jądro o rozmiarach rzędu kilku km składające się głownie z lodu wodnego oraz z tlenku i dwutlenku węgla, metanu i amoniaku oraz krzemianów i metali. Komety długookresowe (jednopojawieniowe) - orbity w kształcie silnie spłaszczonej elipsy lub hiperboli leżące w płaszczyźnie o dowolnym kącie nachylenia Komety krótkookresowe (okres obiegu < 200 lat) - orbity eliptyczne leżące w płaszczyźnie o małym kącie nachylenia do płaszczyzny ekliptyki. Pochodzą z pasa Kuipera Pochodzą z obłoku Oorta

11 Powstanie układu słonecznego
Wiek Układu Słonecznego, przyjęty jako równy wiekowi najstarszych meteorytów, wynosi (4,569  0,02) mld lat. W obłoku materii międzygwiazdowej zaczęło się tworzyć zgęszczenie (być może po wybuchu supernowej). Rosnąca szybkość rotacji spowodowała utworzenie się płaskiego dysku. Po kilkudziesięciu milionach lat w centrum obłoku utworzyło się Protosłońce skupiające ponad 95% masy obłoku.

12 Powstanie układu słonecznego
Zderzenia cząstek wirującego obłoku prowadzą do spłaszczania dysku.

13 Dyski protoplanetarne
Dyski protoplanetarne sfotografowane przez teleskop Hubble’a

14 Dyski protoplanetarne
Komputerowa symulacja pokazująca dysk protoplanetarny, z którego zaczynają się tworzyć gazowe olbrzymy.

15 Dyski protoplanetarne
Latający spodek? Zdjęcie przedstawia dysk protoplanetarny wokół gwiazdy, znajdującej się w odległości 500 lat świetlnych od Ziemi. Dysk jest ustawiony do nas krawędzią i całkowicie blokuje światło gwiazdy, przez co widzimy go jako ciemną smugę w poprzek obiektu. Pył ponad i poniżej środka dysku rozprasza światło gwiazdy, tworząc w ten sposób dwie mgławice przed gwiazdą.

16 Powstanie układu słonecznego
Silny wiatr słoneczny wywiał lżejsze pierwiastki w oddalone, zimniejsze rejony. Cięższe pierwiastki występują zarówno w gorących, jak i w zimnych rejonach.

17 Powstanie układu słonecznego
A. U. – jednostka astronomiczna

18 Powstanie układu słonecznego
Skupianie się ziaren pyłu w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu, powodowało coraz częstsze zderzenia między nimi, które przez oddziaływania elektrostatyczne prowadziły do zlepiania się poszczególnych drobin w większe bryłki o rozmiarach rzędu milimetrów. Ich skład chemiczny zależał od miejsca powstania. Metale i krzemiany Metan, amoniak w stanie stałym

19 Powstanie planet Grudki materii - rozmieszczone w cienkiej, płaskiej warstwie, pokrywającej się z główną płaszczyzną dysku - były zanurzone w gazie złożonym przede wszystkim z wodoru oraz, w znacznie mniejszych ilościach, z helu, a także cięższych pierwiastków. Siły grawitacji powodowały dalsze sklejanie się grudek – po kilkuset tysiącach lat powstało wiele krążących wokół Słońca ciał o średnicach rzędu kilometra lub mniejszych – planetozymali. Planetozymale zderzając się mogły się zlepiać lub rozpadać na mniejsze części. Po paru milionach lat wykrystalizowało się w ten sposób kilka wyraźnie gęstszych centrów, wychwytujących z otoczenia coraz więcej materii - protoplanety.

20 Powstanie planet Budowa planet zależy od ich odległości od Słońca.
Merkury - kondensacja rozpoczynała się w temperaturze około 1400 K - duże jądro, złożone głównie z żelaza (80% masy) w stanie metalicznym z domieszkami niklu. Wenus - kondensacja w temperaturze około 900 K (kondensacja magnezu i krzemu) - mniejszy od Merkurego stosunek żelaza metalicznego do krzemianów, a tym samym - mniejsza gęstość. Ziemia - kondensacja w temperaturze około 600 K (kondensacja tlenków żelaza) – gęstość jednak większa niż Merkurego z powodu dużej masy i ściśniętego grawitacyjnie jądra. Mars - kondensacja w temperaturze około 450 K (żelazo tylko w postaci siarczków i krzemianów) – brak rdzenia z metalicznego żelaza - mniejsza gęstość niż pozostałych 3 planet.

21 Powstanie planet Jowisz i Saturn – znacznie niższe temperatury umożliwiały kondensację lodu wodnego, a także lodów dwutlenku węgla, metanu i amoniaku. Obfitość pierwiastków lekkich zwiększyła wydajność akrecji planetarnej – wielkie masy planet. Skład chemiczny i gęstość podobne jak dla Słońca – w 80% składają się z wodoru i helu Uran i Neptun – w dalszych obszarach mgławicy gęstość obłoku planetarnego mniejsza niż w rejonach centralnych - proces akrecji nie mógł już być tak wydajny – mniejsze masy tych planet niż Jowisza i Saturna.

22 Powstanie planet Grawitacja planet typu Jowisza (ogromne masy) przewyższyła w swoim otoczeniu grawitację Słońca. Utworzyły się wokół nich dyski, które dały początek licznym księżycom i pierścieniom. Jowisz z czterema księżycami Saturn

23 Powstanie układu słonecznego
„Wielkie porządkowanie” Silny wiatr słoneczny w ciągu kilkuset tysięcy lat wywiewa cząsteczki materii na peryferie układu. Oddziaływanie Jowisza odpowiedzialne za uwięzienie planetozymali, z których nie powstała planeta, między orbitami Marsa i Jowisza. Oddziaływanie Jowisza i Saturna wyrzuca pozostałe planetozymale daleko poza orbity planet. Powstaje pas planetoid o budowie skalistej – pozostałość po formacji planet typu Ziemi. Powstaje Pas Kuipera i Obłok Oorta – komety składające się z „brudnego lodu” - pozostałość po formacji planet typu Jowisza.

24 Powstanie układu słonecznego
Obfitość planetozymali we wczesnym układzie słonecznym – epoka wielkiego bombardowania. Planetozymale często uderzały w powierzchnie planet i ich księżyców pozostawiając kratery. Powierzchnia Merkurego Kratery na Ziemi

25 Powstanie Księżyca Około 4,5 mld lat temu zderzenie ciała o rozmiarach Marsa z Ziemią spowodowało powstanie Księżyca. Ogromna energia zderzenia spowodowała stopienie wyrzuconych części płaszcza Ziemi - stąd na Księżycu brak wody i innych lotnych substancji. Zderzeniami można wyjaśnić niektóre anomalie, jak odwrócenie kierunku wirowania Urana, czy powstanie dużego Księżyca ziemskiego.

26 Nowo odkryte ciała w Układzie Słonecznym
Znamy już około 800 ciał znajdujących się na bliskich peryferiach Układu Słonecznego, których średnica przekracza 100 kilometrów. Ilość znanych planetoid sięga setek tysięcy i wciąż rośnie. Planetoidy o średnicy około 1000 km i orbicie zbliżonej do Plutona (ponad 40 j.a.) - plutina Największe ciało - to odkryta w końcu 2003 roku Sedna. średnica około 1500 km bardzo wydłużona orbita – od 90 j.a. do 900 j.a.

27 Sedna                                                            

28 Sedna Wydłużona orbita Sedny sugeruje, że może ona pochodzić z obcego układu słonecznego. Animacja pokazuje hipotetyczne zderzenie układów słonecznych (autorzy: S. J. Kenyon i B. C. Bromley). kliknij

29 v = H·r Powtórzenie  < 1  = 1  > 1  =  /k Prawo Hubble’a
Horyzont Wszechświata Eksperyment WMAP:

30 Większość naszego Wszechświata stanowi ciemna materia!
Powtórzenie Gęstość materii świecącej: Gęstość materii barionowej: Większość naszego Wszechświata stanowi ciemna materia! Prawa dynamiki Newtona Obserwowana zależność Galaktyki wirują szybciej niż pozwalają na to prawa dynamiki i grawitacji

31 ν - neutrino elektronowe
Powtórzenie Cząstki elementarne aromat (flavour) masa [MeV] ładunek lepton u – up górny 1.5  4.5 +2/3 e - elektron  =  0.511 -1 d – down dolny 5.0  8.5 -1/3 ν - neutrino elektronowe < 3.010-6 c – charm powabny 1.0  1.4 103 μ -mion  = 2.20·10-6 s 105.7 s – strange dziwny 80  155 νμ – neutrino mionowe < 0.19 t – top wierzchni 174. 103 τ - taon  = 2.91·10-13 s 1777.0 b – bottom spodni 4.0  4.5 103 ντ – neutrino taonowe < 18.2

32 Powtórzenie Oddziaływania grawit. elektrosłabe silne (kolorowe)
grawiton (?) masa [GeV] ładunek γ W+ W- Zo g - gluon superoktet SU(3) 8 stanów koloru

33 Powtórzenie grawitacja oddz. silne oddz. słabe elektromagnetyzm Temperatura (K) 1038 1028 1015 1013 109 103 Czas (s) 10-43 10-35 10-11 10-6 102 Promieniowanie reliktowe Nukleosynteza Gęstość jądrowa Unifikacja oddz. elektrosłabych Plazma kwarkowo-gluonowa (10-9 s) Wielka unifikacja Inflacja Kwantowa grawitacja?

34 Powtórzenie Era Plancka (10-44 s) Inflacja
Temperatura Czas Era Plancka (10-44 s) Inflacja Plazma kwarkowo-gluonowa (10-34 s s) Era hadronowa (10-9 s s ) Odłączenie neutrin (2 s) Era leptonowa (10-4 s - 14s) Nukleosynteza (1 s – 3 min) Era dominacji promieniowania (kilka tys. lat) Rekombinacja i odłączenie promieniowania ( lat) Pierwsze gwiazdy (200 mln lat)

35 Powtórzenie Ewolucja gwiazdy typu Słońca 9 mld lat 1 mld lat

36 Powtórzenie Ewolucja gwiazdy masywnej
Ewolucja gwiazdy podobnej do Słońca Brązowe karły

37 Powtórzenie Cykl życiowy masywnej gwiazdy

38 Powtórzenie - gwiazdy neutronowe

39 Powtórzenie - supernowe