S aul ė s sistemos kilm ė

Saulės sistemos kilmė

Saulės sistema – kilmė ir struktūra

Saulės sistemos kilmės hipotezėsSaulės 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

Saulės sistemos kilmės hipotezės

Kaip susidarė Saulės sistema?

Hipotezės:

1. I. Kanto dulkių materijos debesies hipotezė,

2. P. Laplaso dujų debesies hipotezė,

3. Dž. Džinso “potvynio” teorija,

4. F. Hoilio dvinarės žvaigždės hipotezė,

5. O. Šmito ir Veitzekerio teorija

I. Kanto dulkių debesies hipotezėPirmas 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.

P. Laplaso dujų debesies hipotezėPo 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.

P. Laplaso ir I. Kanto hipotezė - Planetų dinaminės savybės

Planeta Sant. impulso momentas Tankis, g/cm3

Merkurijus 0.61 5.6

Venera 0.85 5.1

Žemė 1.00 5.516

Marsas 1.23 3.9

Jupiteris 2.28 1.34

Saturnas 3.08 0.70

Uranas 4.38 1.5

Neptūnas 5.48 2.1

Plutonas 6.09

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.

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.

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.

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.

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.


Toro storiui pasiekus kritinę ribą, prasidėjo gravitaciniainestabilumai 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 planetinėsesistemose.


Asteroidinės sankaupos, veikiančios kaip gravitaciniai centrai pradėjosiurbti aplinkinę dulkių ir dujų atmosferą.

Tuo pačiu besijungdami patys tarpusavyje kūrė didesnius kūnus.


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


Labiausiai nukrypdavo mažesnių masių asteroidai. Kai tuo tarpu didesnių masių sankaupos išlaikydavo labiau sferinę orbitą esančią pagrindinėje buvusio debesies toro plokštumoje.


Dauguma mažų asteroidų arba taip iškreipdavo savo orbitas, kad nukrisdavo arba į Saulę arba prisijungdavo prie didesnių sankaupų, didindami jų masę.


Galiausiai kondensacijos procesas baigėsi, daugumai asteroidų susijungus į planetas.

Planetų fizikinės savybės

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


29.46 ž. metai

30

Uranas 51,118 2,871 million


84 ž. metai

24

Neptūnas 49,528 4,497 million


164.8 ž. metai

11

Plutonas 2,300 5,913.5 million


248.5 ž. metai

1

Sant. impulso momentas

Tankis g/cm3

Sant.Masė

0.61 5.6 0.0543

0.85 5.1 0.814

1.00 5.516 1.000

1.23 3.9 0.107

2.28 1.34 317.38

3.08 0.70 95.03

4.38 1.5 14.57

5.48 2.1 17.25

6.09

Kaip paaiškinti planetų tankio mažėjimą, didėjant orbitos nuotoliui?

Proplanetinio ūko evoliucija.

Saulės energijai kaitinant debesinį torą, dėl skirtingo nuotolio stebimas nevienodas temperatūros pasiskirstymas.

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.

Planetų elementinė sudėtis – 1 sekos planetos

Elementų koncentracija Saulėje – vandenilio – 70,8 %, helio – 27,2 %, kitų elementų (apie 70) – 2 %.

Elementų koncentracija planetose:

Planetų elementinė sudėtis – 2 sekos planetos

Kitų žvaigždžių planetinės sistemos1995 metais Mayor’as ir Queloz’as, tirdami Doplerio poslinkį žvaigždėje Pegasas 51 aptiko 0,47 Jupiterio masės planetą.

1996 metais Butler’is ir Marcy 47 UMa aptiko 2.4 Jupiterio masės planetą.

Kitų žvaigždžių planetinės sistemos

Saulė – antros (?) kartos G klasės žvaigždė

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 paviršiumi 273,98 m/s2

6. Pusiaujo plokštumos posvyris į ekliptikos plokštumą 7°15‘

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.

Saulė – vidinė struktūra

Pagrindiniai fizikiniai parametrai:

5. Tūris – 1.412*1027 m3,

Masė – 1.989*1030 kg, Tankis (vidutinis) – 1410 kg/m3, Vidinis (centro) tankis 16*103 kg/m3

Slėgis gelmėse 3,4 x 1016 Pa (atmosferoje 3,4 x 1010 Pa)

6. Regimojo paviršiaus T – 5780 K, Vidinė (centro) temperatūra 15 x 106 K

Sudėtinės dalys:

1. Branduolys - centre – 0,25R viso spindulio.

2. Radiacijos zona - sferinė zona 0,25-0,86R.

3. Konvekcijos zona 0,86-1R.

4. Fotosfera – 200-300 km.

5. Chromosfera – 6000 km

6. Vainikas – iki 10 mln km.

Saulė – vidinė struktūra

Saulė – vidinė struktūra - Branduolys

1. 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*103 kg/m3) centre ir 20 g/cm3 krašte.

Saulė – vidinė struktūra – Radiacijos zona

2. 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).

3. 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

Saulė – vidinė struktūra – Konvekcijos zona

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 būtilaikoma 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.

Saulė – vidinė struktūra – FotosferaFotosferos granuliacija

Stebint fotosferą palankiomis matomumo sąlygomis, gerai matyti, kad šis sluoksnis nėra vienodas visame Saulės diske, be to, jis nuolat keičiasi.

Saulė – vidinė struktūra – FotosferaFotosferos 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.Jos skersmuo siekia nuo 500 iki 1200 km. Vidutinis atstumas tarp dviejų gretimų granulių centrų yra apie 1800 km.

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.

Saulė – vidinė struktūra – chromosferaStebėjimai parodė, kad chromosfera nėra tolygus sluoksnis: čia kiekvieną akimirką iškyla daugybė plazmos dujų fontanų.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.

Saulė – vidinė struktūra – chromosfera – spikulių tinklo pavyzdys

Saulė – vidinė struktūra – chromosferaTies 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 lemia lokaliniai magnetiniai laukai. Ramieji protuberantai gali egzistuoti kelis mėnesius, o erupciniai (veržlieji) - vos keletą valandų.

Saulė – vidinė struktūra – vainikas

Sudėtinės dalys:

5. Vainikas – Temperatūra ~ 1 mln K, tankis - 1x10-12 kg/m3

Vainikas - viršutinis Saulės atmosferos sluoksnis, kurio išorinės ribos neįmanoma aiškiai pamatyti.

Dėl mažo tankio ir didelės temperatūros vainikas dalelių požiūriu yra tiesiog elektronų, protonų ir helio branduolių plazma.

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 kartus didesniu 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.

Saulė – vidinė struktūra – vainikas

Saulė – aktyvumasKas 11 metų stebimas Saulės aktyvumo padidėjimas,kuris pasireiškia Saulės dėmių, protuberantų, chromosferos žybsnių skaičiaus padidėjimu.

Saulė – aktyvumasSaulės aktyvumo kitimas aiškinamas magnetinio lauko polių inversija,kurios priežastis yra magnetinio lauko linijų susisukimas, dėl Saulėspaviršiaus skirtingų judėjimo greičių.

Saulė – aktyvumasSaulės dėmių poros – magnetinio lauko išlinkimo į paviršių rezultatas.

S aul ė s sistemos kilm ė

Documents

Transcript of S aul ė s sistemos kilm ė