Saulės sistema – kilmė ir struktūra

1. Saulės sistema – kilmė ir struktūra

2. Saulės sistemos kilmės hipotezės Saulės sistemos ypatumai: Panašumai: 1. Visos planetos sukasi aplink Saulę ta pačia kryptimi. 2. Visos planetos, išskyrus Uraną, sukasi aplink savo ašis ta pačia kryptimi kaip ir jų judėjimas aplink Saulę. 3. Planetų ekscentricitetai labai mažai nukrypę nuo nulio, t.y. jų orbitos beveik apskritiminės. 4. Visos orbitos, išskyrus kelias su nedideliais nukrypimais, išsidėsčiusios vienoje plokštumoje. 5. Saulės sukimosi kryptis sutampa su planetų sukimosi kryptimi. 6. Planetų palydovų sukimosi kryptis sutampa su planetų sukimosi aplink saulę kryptimi. 7. Palydovų orbitos yra išsidėsčiusios planetų sukimosi plokštumoje. Skirtumai ir ypatumai: 1. Saulės impulso momentas (mvR) sudaro 2 % bendro Saulės sistemos impulso momento. 2. 98 % bendro impulso momento sudaro planetų impulso momentas. 3. Planetose aptinkama didžioji dauguma elementų. 4. Planetų tankis didėjant orbitai mažėja. Saulės sistemos kilmės teorija turi paaiškinti visus šiuos ypatumus

3. Saulės sistemos kilmės hipotezės • Kaip susidarė Saulės sistema? • Hipotezės: • 1. I. Kanto dulkių materijos debesies hipotezė, • P. Laplaso dujų debesies hipotezė, • Dž. Džinso “potvynio” teorija, • F. Hoilio dvinarės žvaigždės hipotezė, • 5. O. Šmito ir Veitzekerio teorija

4. I. Kanto dulkių debesies hipotezė Pirmas mokslininkas-filosofas aplamai iškėlęs šį klausimą buvo I. Kantas (1724 – 1804). Jo iškelta hipotezė rėmėsi tuo, kad planetinė sistema susikūrė iš dulkių ir smulkių medžiagos gabaliukų, kurie besisukdami kondensavosi į atskiras sankaupas ir veikiamos gravitacinių jėgų susibūrė į planetas.

5. P. Laplaso dujų debesies hipotezė Po 40 metų mokslininkas, bandęs pagrysti Saulės sistemos kilmės iš dujų debesies hipotezę buvo matematikas P. Laplasas. Šis mokslininkas pirmas pabandė matematiškai aprašyti planetų formavimosi iš dujų mechanizmą. Pagal kurią dujų debesis veikiamas gravitacijos jėgų traukėsi ir besitraukdamas suskilo į atskirus žiedus, iš kurių susidarė planetos. Pagal šią teoriją išorinės planetos būtų seniausios, vidinės – jauniausios. Saulė yra pirminio dujų debesies likutis.

6. P. Laplaso ir I. Kanto hipotezė - Planetų dinaminės savybės Problemos – nepaaiškina: 1. Impulso momento skirtumo: Saulės masė sudaro 99.87 % visos Saulės sistemos masės. Bendra visų planetų masė sudaro 1/745 arba 0.13 % Saulės masės. Impulso momentai: Saulės impulso momentas (mvR) sudaro 2 % bendro Saulės sistemos impulso momento. 98 % bendro impulso momento sudaro planetų impulso momentas. Jo pasiskirstymas: 2. Kadangi seniausios planetos susidarė išorinės, nepaaiškina tankio mažėjimo. Nepaaiškina: 3. Elementų sudėtį – neatitikimus tarp Saulės ir planetų, 4. Kondensacijos mechanizmo – negalima aprašyti kondensacijos vien iš dujų.

7. Dž. Džinso “potvynio” teorija, Dž. Džinso “potvynio” hipotezė remiasi ta idėja, kad kokiu tai laiko momentu pro Saulę skriejo kita žvaigždė milžinė, dėl gravitacinės traukos išplėšusi iš Saulės didelę medžiagos čiurkšlę. Žvaigždei nutolus, čiurkšlė suskilo į gumulus, iš kurių susidarė aplink Saulę besisukančios planetos. Šią hipotezę remia planetų išsidėstymas. Didžiausia planeta – Jupiteris skrieja kaip tik toje vietoje, kurioje čiurkšlė turėjo būti storiausia.Taip pat didelė vidinė Žemės temperatūra. Ši hipotezė lyg ir išspręstu impulso momentų skirtumo, kur didesnį planetoms galėjo suteikti pralekianti žvaigždė. Nepaaiškina – žvaigždžių milžinių retumas, skirtinga Saulės ir planetų elementinė koncentracija.

8. F. Hoilio dvinarės žvaigždės hipotezė, Saulė ne visada buvo viena žvaigždė, o dvinarė žvaigždžių sistema. Kažkuriuo laiko momentu vienas narys sprogo kaip supernova ir nulėkė tolyn, palikęs savo vietoje sprogimo išsvaidytos medžiagos debesį. Iš šio besisukančio aplink Saulę debesies gimė planetos. Supernovos liekana nuskriejo tolyn ir jos aptikti neįmanoma. Šią hipotezę sunku pagrysti. Be to nepagrįstos priežastys antram nariui dėl sprogimo palikti sistemą.

9. O. Šmito ir Veitzekerio teorija. Dž. Džinso ir F. Hoilio dualistinės teorijos su visais loginiais prieštaravimais buvo paneigtos ir tiesiogiai stebimais proplanetiniais ūkais aplink jaunas žvaigždes. Šiuo metu atrasta - 195 objektų. b – Pictoris (Tapytojo) žvaigždės proplanetinio ūko nuotraukos. Spindulys ~ 400 a. v.

10. O. Šmito ir Veitzekerio teorija.

11. O. Šmito ir Veitzekerio teorija. O. Šmito ir Veitzekerio teorija remiasi hipoteze, kad proplanetinis debesis buvo “pagautas” Saulės. Dulkių ir dujų debesies dalelės susidurdamos po netamprių smūgių prarasdavo palaipsniui kinetinę energiją, tačiau bendras sistemos impulso momentas nekito. Dėl to toras veikiamas gravitacijos susiplojo.

12. O. Šmito ir Veitzekerio teorija. Toro storiui pasiekus kritinę ribą, prasidėjo gravitaciniai nestabilumai ir dalelės, veikiamos gravitacijos ir netamprių susidūrimų pradėjo sparčiai jungtis į sankaupas, vadinamas planetezimalėmis, kurios siekė asteroidų dydžio (10-100 km). Formuojantis planetezimalėms, nyksta dulkių koncentracija. Tai stebima ir kitose besiformuojančiose planetinėse sistemose.

13. O. Šmito ir Veitzekerio teorija. Asteroidinės sankaupos, veikiančios kaip gravitaciniai centrai pradėjo siurbti aplinkinę dulkių ir dujų atmosferą. Tuo pačiu besijungdami patys tarpusavyje kūrė didesnius kūnus.

14. O. Šmito ir Veitzekerio teorija. Kai didžioji debesies medžiagos dalis perėjo į asteroidinę būseną, dėl tarpusavio susidūrimų trajektorijos darėsi vis labiau chaotiškos ir nukrypusios nuo pagrindinės plokštumos.

15. O. Šmito ir Veitzekerio teorija. Labiausiai nukrypdavo mažesnių masių asteroidai. Kai tuo tarpu didesnių masių sankaupos išlaikydavo labiau sferinę orbitą esančią pagrindinėje buvusio debesies toro plokštumoje.

16. O. Šmito ir Veitzekerio teorija. Dauguma mažų asteroidų arba taip iškreipdavo savo orbitas, kad nukrisdavo arba į Saulę arba prisijungdavo prie didesnių sankaupų, didindami jų masę.

17. O. Šmito ir Veitzekerio teorija. Galiausiai kondensacijos procesas baigėsi, daugumai asteroidų susijungus į planetas.

18. Planeta Skersmuo (km) Atstumas iki Saulės (km) Temperatūra Paros trukmė Metų trukmė Palydovų skaičius Merkurijus 4,878 57.9 million -180oC - 430oC 58.7 dienos 88 dienos 0 Venera 12,102 108.2 million 480oC 243 dienos 224.7 dienos 0 Žemė 12,756 149.6 million -70oC - 55oC 23.93 valandos 365.25 dienos 1 Marsas 6,786 227.9 million -120oC - 25oC 24.62 valandos 687 dienos 2 Jupiteris 142,984 778.3 million -150oC 9.84 valandos 11.86 ž. metai 61 Saturnas 120,536 1,427 million -180oC 10.23 valandos 29.46 ž. metai 30 Uranas 51,118 2,871 million -210oC 17.9 valandos 84 ž. metai 24 Neptūnas 49,528 4,497 million -220oC 19.2 valandos 164.8 ž. metai 11 Plutonas 2,300 5,913.5 million -230oC 6.38 valandos 248.5 ž. metai 1 Planetų fizikinės savybės Kaip paaiškinti planetų tankio mažėjimą, didėjant orbitos nuotoliui?

19. Proplanetinio ūko evoliucija. Saulės energijai kaitinant debesinį torą, dėl skirtingo nuotolio stebimas nevienodas temperatūros pasiskirstymas.

20. Proplanetinio ūko evoliucija – elementų diferenciacija. Planetų pasidalinimu į dvi sekas, dydžių, tankių ir elementinės sudėties pasiskirstymas aiškinamas debesinio toro skaidrumo ir atstumo kitimu, dėl ko temperatūra kito nuo 500oC iki -200oC. Aukštoje temperatūroje kondensavosi metalai, silikatai, o vanduo, amoniakas, metanas, etilenas perėjo į dujinę fazę, kuri buvo Saulės vėjo išpūsta į periferiją, kur temperatūra buvo pakankamai žema jų kondensacijai.

21. Planetų elementinė sudėtis – 1 sekos planetos Elementų koncentracija Saulėje – vandenilio – 70,8 %, helio – 27,2 %, kitų elementų (apie 70) – 2 %. Elementų koncentracija planetose:

22. Planetų elementinė sudėtis – 2 sekos planetos

23. Kitų žvaigždžių planetinės sistemos 1995 metais Mayor’asir Queloz’as, tirdami Doplerio poslinkį žvaigždėje Pegasas 51 aptiko 0,47 Jupiterio masės planetą. 1996 metais Butler’isir Marcy47 UMa aptiko 2.4 Jupiterio masės planetą.

24. Kitų žvaigždžių planetinės sistemos

25. Saulė – antros (?) kartos G klasės žvaigždė

26. Saulė – parametrai • Pagrindiniai fizikiniai parametrai: • 1. Elementų koncentracija Saulėje – • vandenilio – 70,8 %, helio – 27,2 %, • kitų elementų (apie 70) – 2 %. • 2. Amžius 4,7 - 5 x 109 metų • 3. Skersmuo – 1,392430 mln. km, • 4. Šviesis – 3.85*1026 W, • 5. Laisvojo kritimo pagreitis ties paviršiumi273,98 m/s2 • 6. Pusiaujo plokštumos posvyris į ekliptikos plokštumą7°15‘

27. Saulė – parametrai Pagrindiniai fizikiniai parametrai: 7. Linijinis sukimosi greitis ties pusiauju – 2.02 km/s, Apsisukimo apie ašį trukmė (ties pusiauju) - 25 d. Ties ašigaliu – 35 d.

28. Saulė – vidinė struktūra Pagrindiniai fizikiniai parametrai: 5. Tūris – 1.412*1027 m3, Masė – 1.989*1030 kg, Tankis (vidutinis) – 1410kg/m3, Vidinis (centro) tankis16*103kg/m3 Slėgis gelmėse3,4 x 1016 Pa (atmosferoje 3,4 x 1010 Pa) 6. Regimojo paviršiaus T – 5780 K, Vidinė (centro) temperatūra15 x 106 K

29. Saulė – vidinė struktūra • Sudėtinės dalys: • Branduolys - centre – 0,25R viso spindulio. • Radiacijos zona - sferinė zona 0,25-0,86R. • Konvekcijos zona 0,86-1R. • Fotosfera – 200-300 km. • Chromosfera – 6000 km • Vainikas – iki 10 mln km.

30. Saulė – vidinė struktūra - Branduolys • Branduolys - centre – 0,25R viso spindulio. 200000 km. • Jame dega vandenilis. • Pagal šią teoriją iš 668 mln. tonų vandenilio kas sekundę susidaro • 664 mln. tonų helio, o 4 mln. tonų masės virsta energija (E = mc2), • kurią ir spinduliuoja Saulė. • Temperatūra centre T~16 mln K, krašte 8 mln K. • Tankis 160 g/cm3 (16*103kg/m3) centre ir 20 g/cm3 krašte.

31. Saulė – vidinė struktūra – Radiacijos zona • Radiacijos zona - sferinė zona 0,25-0,86R, • R~200000-500000 km. • Šioje, sferos sluoksnio zonoje vyksta spindulinė energijos • pernaša. • Energija iš esmės plinta dėl spinduliavimo sugėrimo ir • emisijos atomuose. • (T~5 mln K, tankis ~ 10 kg/m3).

32. Saulė – vidinė struktūra – Konvekcijos zona • Konvekcijos zona 0,86-1R. T.y. 500000-696000 km. • Joje energijos perdavimas vyksta dėl konvekcijos, • t. y. skirtingos temperatūros srautų maišymosi. • Temperatūra – 2 mln K, o tankis – 150 kg/m3

33. Saulė – vidinė struktūra – Fotosfera • 4. Fotosfera – 200-300 km. • (T krenta nuo 8000 iki 4500 K paviršiuje). • Tankis nuo 4*10-4 kg/m3 iki 3*10-5 kg/m3). • Fotosfera skiria Saulės gelmes nuo jos atmosferos. Fotosferos storis siekia vos 300-400 km. • Kadangi Saulė yra dujinis kūnas, negalima griežtai kalbėti apie kokį nors konkretų paviršių bei atmosferą, • tačiau fotosferos drumstumas, neleidžiantis giliau pažvelgti į Saulę, patvirtina, kad fotosfera gali būti • laikoma tam tikra Saulės paviršiaus riba. • Fotosfera yra žemiausia atmosferos dalis, kurią galima stebėti tiesiogiai. • Spinduliavimo, kuris kyla iš giliau esančių sluoksnių, absorbavimas palaiko fotosferos dujų temperatūrą iki • 5780 K. • Didžioji dalis iš Saulės branduolio išsilaisvinusios energijos vėliau išspinduliuojama fotosferos kaip matomi • spinduliai.

34. Saulė – vidinė struktūra – Fotosfera Fotosferos granuliacija Stebint fotosferą palankiomis matomumo sąlygomis, gerai matyti, kad šis sluoksnis nėra vienodas visame Saulės diske, be to, jis nuolat keičiasi.

35. Saulė – vidinė struktūra – Fotosfera Fotosferos granuliacija Šviesios granulės - tai karštų dujų stulpų viršūnės, tamsios granulės - vėstančių dujų, besileidžiančių atgal į gelmes, stulpai. Viena granulė gyvuoja nuo 5 iki 10 min.J os skersmuo siekia nuo 500 iki 1200 km. Vidutinis atstumas tarp dviejų gretimų granulių centrų yra apie 1800 km.

36. Saulė – vidinė struktūra – chromosfera • 5. Chromosfera – jos temperatūra prasideda nuo 4500 K, • tankis - 5x10-6 kg/m3 • Fotosferą gaubia chromosfera, kuri gerai matoma per pirmą • visiško Saulės užtemimo fazę. • Jos storis yra maždaug 10 tūkstančių kilometrų, • o temperatūra nuo 5000 K pakyla iki keliasdešimt tūkstančių. • Chromosferos išorėje temperatūra jau siekia apie milijoną laipsnių. • Šitaip pereinama į vainiką.

37. Saulė – vidinė struktūra – chromosfera Stebėjimai parodė, kad chromosfera nėra tolygus sluoksnis: čia kiekvieną akimirką iškyla daugybė plazmos dujųfontanų. Jų skaičius Saulės paviršiuje nuo dešimties iki šimto tūkstančių; Jie išplitę visame Saulės paviršiuje ir vadinami spikulėmis. Spikulė yra apie 1000 km skersmens ir juda į viršų apie 30 km/s greičiu. Kiekviena spikulė gyvuoja tik kelias minutes.

38. Saulė – vidinė struktūra – chromosfera – spikulių tinklo pavyzdys

39. Saulė – vidinė struktūra – chromosfera Ties Saulės skritulio kraštu galima stebėti protuberantus - dujinius darinius, kurių dydis siekia nuo 50 tūkstančių iki (nors nedažnai) milijono kilometrų. Dauguma protuberantų yra tankesni chromosferos pluoštai, matomi pakraštyje. Jie iškyla gana aukštai, bet yra palyginti siauri. Protuberantų išvaizdą ir dinamiką lemialokaliniai magnetiniai laukai. Ramieji protuberantai gali egzistuoti kelis mėnesius, o erupciniai (veržlieji) - vos keletą valandų.

40. Saulė – vidinė struktūra – vainikas • Sudėtinės dalys: • Vainikas – Temperatūra ~ 1 mln K, tankis - 1x10-12kg/m3 • Vainikas - viršutinis Saulės atmosferos sluoksnis, kurio išorinės ribos • neįmanoma aiškiai pamatyti. • Dėl mažo tankio ir didelės temperatūros vainikas dalelių požiūriu yra • tiesiog elektronų, protonųir helio branduoliųplazma. • Egzistuoja vainiko sutankėjimai, kurie paprastai būna virš žemiau esančių dėmių. • Tokie sutankėjimai nusidriekia į išorę ir sudaro vainiko kyšulius. • Vainiko kyšuliai, analogiški protuberantams, vadinami spinduliais. • Jie iškyla į erdvę (skaičiuojant nuo Saulės skritulio krašto) atstumu, • 5-6 kartusdidesniu negu Saulės skersmuo. • Vainiko temperatūra siekia iki 1 mln, todėl jį sudarančios dalelės • igyja greitį, kurio pakanka ištrūkti iš Saulės traukos jėgų. • Dujos, kurios tokiu būdu išsiveržia iš Saulės traukos lauko, • vadinamos Saulės vėju. • Arti Žemės Saulės vėjo greitis siekia apie 400 km/s, • 2 mln K, tankis - 1x10-23 kg/m3, t.y. 5 dalelės viename kubiniame centimetre.

41. Saulė – vidinė struktūra – vainikas

42. Saulė – aktyvumas • Kas 11 metų stebimas Saulės aktyvumo padidėjimas, • kuris pasireiškia Saulės dėmių, protuberantų, • chromosferos žybsnių skaičiaus padidėjimu.

43. Saulė – aktyvumas • Saulės aktyvumo kitimas aiškinamas magnetinio lauko polių inversija, • kurios priežastis yra magnetinio lauko linijų susisukimas, dėl Saulės • paviršiaus skirtingų judėjimo greičių.

44. Saulė – aktyvumas • Saulės dėmių poros – magnetinio lauko išlinkimo • į paviršių rezultatas.