Solsystemet och en introduktion till Universum Intro på kursen Astronomi Kunskapsgymnasiet Globen Uppdaterad 5 mars 2015 Anders Västerberg © Anders Västerberg

Universum 13,8 miljarder år Uppstod i Big Bang Genomskinligt efter 380 000 år Expanderar troligen i oändlighet 1011 galaxer med i snitt c:a 1011 stjärnor Vår galax är Vintergatan

Galaxhopar Många galaxer ingår i hopar Vintergatan ingår i Lokala Gruppen som även innehåller Andromedagalaxen och Stora och Lilla Magellanska molnen. (Andromedagalaxen kan ses från Sverige, men ej Magellanska molnen) Närmaste stora galaxhop - Virgohopen - är fysiskt bunden till Lokala gruppen

Comahopen Nästan alla objekt på bilden är galaxer. En av de tätaste hoparna. 1000-tals galaxer 100-tals miljoner ljusår bort. Nära för galaxhop. Flera milj. ljusår tvärsöver Flesta galaxerna i hopar är elliptiska Flesta utanför hopar är spiralgalaxer.

Hubble Deep Field I Stora björnen 2.5’ (1/24 000 000 av himlen, tennisboll 100 m bort) 342 exponeringar över 10 dagar 1995 Nästan alla 3000 objekt i bilden är galaxer. Vissa är bland de yngsta och mest avlägsna kända.

Andromedagalaxen Närmaste stora granngalaxen Mycket lik Vintergatan Hundratals miljarder stjärnor Ljusa stjärnorna är förgrundsstjärnor i Vintergatan 2 miljoner ljusår bort

M13 - Klotformig stjärnhop (apod.nasa.gov/apod/ap100527.html (20 feb 2013)

Rotationskurva

Solsystemet Solen + alla kroppar som rör sig runt den Del av Vintergatan

Solsystemets uppkomst Format ur stort moln av gas och stoft för 4,6 miljarder år sedan genom gravitationen i molnet H, He och lite Li bildades kort efter Big Bang Ämnen med tyngre atomkärnor än Li bildades i stjärnor som exploderat. (Universum massa är till 98% H och He. Jordens massa är till 0,15% H och He).

Många iskorn och istäckta stoftkorn av tyngre grundämnen var spridda i nebulosan som bestod mest av H och He. Gasen och stoftet föll genom gravitationen mot centrum. Densiteten och trycket i centrum ökade. Protosolen bildades. Temperaturen steg eftersom atomerna rörde sig allt snabbare i centrum. Värmestrålning från protosolen (inte fusion än)

Första stjärnorna bildades troligen under de första hundratals miljoner åren och bestod bara av H, He och Li. Stjärnor bildar de uppåt 90 övriga naturligt förekommande grundämnena genom fusion. En stor del av denna materia kastas ut i rymden vid slutet av stjärnornas liv En del av detta kommer ingå i nya stjärnor och i planeter. Vi består av stjärnstoft!

Krabbnebulosan Supernovarest Synlig dagtid tre veckor 1054 6000 ljusår från jorden 8.2 m VLT ESO (FORS Team)

Kroppar i Solsystemet Solen 8 planeter (Merkurius, Venus, Jorden, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus). De flesta har månar. 5 dvärgplaneter (Ceres, Pluto, Eris, Makemake, Haumea) Asteroider (planetoider innanför Jupiter) Centaurer (planetoider mellan Jupiter och Neptunus) Transneptunska objekt (exkl. dvärgplaneterna) Kometer Meteoroider

.

Solsystemets massa (beräkningar 1995) Solen 99,8 % Jupiter 0,1 % Kometer 0,05 % Övriga planeter 0,04 % Satelliter och ringar 0,00005 % Asteroider o liknande 0,000 002 % Stoft och splitter 0,000 000 1 %

Modell i skala 1:100 miljarder Storlek Avstånd från solen Solen 1,4 cm Venus 0,1 mm 1,1 m Jorden 0,1 mm 1,5 m Jupiter 1,4 mm 8 m Neptunus 0,5 mm 30 m ------------------------------------------------------------------ Proxima Centauri 2 mm 40 mil

Planeternas banor ligger i nästan samma plan.

Planet i bana runt solen har tillräckligt stor massa så att dess gravitation knådar den till sfärisk form genom sin gravitation har rensat området kring sin bana.

Månar Jorden 1 Mars 2 Jupiter 67 Saturnus 62 Uranus 27 Neptunus 14 Flera dvärgplaneter och asteroider har månar

Keplers lagar för planetrörelser 1. Planeterna rör sig i elliptiska banor runt solen med solen i ena fokus (ena brännpunkten) 2. Radius vektor överfar på lika tider lika stora ytor 3. P2 = ka3 P = omloppstiden a = medelavståndet k = en konstant =1 om P mäts i år och a i AE

Jätteplaneterna Eng: Jovian planets (Romerske guden Jupiter kallades också Jove, it.: Giove) Består till stor del av H, He, metan, ammoniak och vatten. Många av deras månar består också av dessa lågdensitetssubstanser. Den minsta – Neptunus - har 4 ggr större diameter än största inre planeten, Jorden. Jupiter, den största, har 11 ggr Jordens diameter och 318 jordmassor. (1‰ av solens massa och 0,1 av solens diameter.)

Densiteter Densiteten ger info om huruvida planeterna innehåller lättare eller tyngre grundämnen. Jordens densitet är 5520 kg/m3. Typiska bergarter vid ytan har densiteten 3000 kg/m3. Jordens inre innehåller alltså material med högre densitet än berg vid ytan. Yttre planeterna har låg densitet. Saturnus har 690 kg/m3 ( < vatten; övriga har 1290 - 1640 kg/m3).

Jordlika planeter Eng: Terrestrial planets Påminner om Jorden (latin Terra): Hårda ytor, mycket berg och dalar. Kratrar och vulkaner finns.

Jupiter och Saturnus Består mest av H och He

Uranus och Neptunus Har extremt mycket vatten Mycket H och He

Magnituder Apparent magnitud m = -2,5 log I +C I är himlakroppens apparenta ljusstyrka C är en konstant En skillnad på en magnitud motsvarar en skillnad I ljusstyrka på ungefär 2,512 gånger. En skillnad på 5 magnituder motsvarar en skillnadi i ljusstyrka på 100 gånger ljusstarkare än den andra.

Magnituder Solen -26,8 Fullmånen -12,7 Venus (ljusstarkaste planeten; max) -4,9 Sirius (ljusstarkaste stjärnan) -1,5 Svagaste stjärnan synlig för blotta ögat 6 Svagaste stjärnan man kan observera med Hubble-teleskopet 30

Vinklar 1° = 60’ =3600” 1’ = en bågminut 1” = en bågsekund 1” motsvarar ungefär 1 krona (25 mm) 5 km bort.

Albedo Bråkdel av infallande ljuset som reflekteras Kolpulver har nära 0. En spegel av hög kvalitet har nära 1. De jordlika planeter vars yta syns från rymden (Merkurius, Jorden, Mars) har <0,37. De vars yta är molntäckt har >0,47. Pluto har 0,5. Vi vet inte mycket om dess yta.

Några milstolpar 2136 f. Kr. Kinesiska astronomer registrerar en solförmörkelse 586 f. Kr. Thales från Miletus förutspår en solförmörkelse. 350 f. Kr Aristoteles föreslår en sfärisk jord, geocentrisk kosmologi c:a 270 f. Kr Aristarkus från Samos föreslår heliocentrisk kosmologi

c:a 125 Ptolemaios förfinar geocentriska kosmologin 1512-43 Nikolas Kopernikus föreslår en heliocentrisk kosmologi 1571-1601 Tycho Brahe gör precisa observationer av stjärnor och planeter 1610-13 Galileo observerar Venus faser, Jupiters 4 största månar och använder solfläckar för att beräkna solens rotationstid.

1781 Uranus upptäcks av Herschel. 1801 Ceres upptäcks 1821 Oregelbundenheter i Uranus bana upptäcks. 1840-talet Solfläckscykeln och Neptunus upptäcks. 1860-talet Solatmosfärens kemiska sammansättning bestäms ur spektra.

1877 Kanaler observeras på Mars. (Har visat sig vara synvillor) 1930 Pluto upptäcks 1938 Man visar att fusion är solens energikälla. 1959 Sovjetiska rymdsonderna Luna börjar skjutas upp. Luna 1 förbi månen i januari, Luna 2 kraschade på Månen i september, Luna 3 flög förbi Månen i oktober. 1960 Mars flygs förbi av Ranger 7 från USA.

1969 Neil Armstrong första människan på månen 1971 Första Marslandningen (Mars 2 från Sovjet) 1979-89 Sonderna Voyager I och II flyger förbi de yttre planeterna. 2001 Sonden Near Shoemaker landar på asteroiden Eros. 2005 Farkosten Huygens landar på Titan.

Merkurius Från Messenger (http://messenger.jhuapl.edu/gallery/sciencePhotos/pics/CW0131775256F_web.png 18jan 2009)

Merkurius Medelavstånd från Solen: 0,38 AE (57 910 000 km) Rotationstid 58,646 dygn Omloppstid 87,969 dygn (1,5 ggr rotationstiden) Ekvatorsdiameter 4 880 km (minsta planeten) (mindre än Ganymedes och Titan, men mer än 2 gånger större massa) Max magnitud -1,9 Yttemperatur: +400 °C dag -200 °C natt (Största temperaturvariationerna av planeterna i Solsystemet) Solens medeldiameter från Merkurius: 1°22’40”

Merkurius (forts) Har faser Inom 28° från solen sedd härifrån Relativt svår att observera, speciellt från Sverige och andra områden nära polerna. Känd sedan åtminstone Sumerernas tid (2000-t f. Kr.)

Merkurius och Venus

Merkuriuspassage (NASA)

Venus Medelavstånd från Solen: 0,72 AE (108 milj km) Omloppstid 224,701 dygn Ekvatorsdiameter 12 103 km Mass 4,869 · 1024 kg (Jorden: 6,0 · 1024 kg) Kallas ibland Jordens systerplanet Axelns lutning 177,36° Rotationstid 243,02 dygn Visar alltid samma yta mot Jorden när den är närmast. Man vet inte om det är en tillfällighet.

Venus (Från Galileo 1990)

Venus (forts.) Max magnitud -4,4 Atmosfärstryck vid ytan 9,2 MPa (92 ggr jordens) Medeltemperatur vid ytan: 480 °C (bly smälter) Atmosfär CO2: 96%, N: 3+% Inom 48° från Solen sedd från Jorden Starka vindar vid molntopparna (350 km/h). Några få km/h vid ytan Venus hade troligen en gång mycket vatten, som jorden, men det kokade bort. Som det skulle gjort på Jorden om den legat lite närmare Solen. Vi kan lära oss mycket om Jorden genom att studera Venus. Få kratrar <- ung yta, som Jorden Mest mjukt rullande slätter med små höjdskillnader.

Venus faser och skenbara storlek

Växthuseffekten på Venus

Exoplaneter (forts) Medelavstånd: 0,02 - 5 AE De flesta har ganska excentriska banor. (Alla utom Merkurius och Pluto har kvasicirkulära banor i Solsystemet) Omloppstider 2,5 dygn - 15 år Jfr Jupiter: 5,20 AE, 318 jordmassor, 12 år

ISS passerar framför solen under Venuspassagen (atm.zaciatok.sk/atm/atm.nsf/0/0F3E5E0223691EF4C1256EB50034B66F/$file/iss_venus.jpg 20 jan 2010)

VAR RÄDD OM ÖGONEN NÄR DU TITTAR PÅ SOLEN!! Projicera solen eller använd ordentliga filter. Starka solglasögon räcker ej!! De som slarvar med detta kan få bestående synskador, tom bli blind för livet!!

Jorden (Tellus) Massa 5, 9737 kvadriljoner kg Medelavstånd från Solen 149 597 870 691 m (1 astronomisk enhet (1 AE)) Omloppstid 365,26 dygn Diameter 12 800 km Banans excentricitet 0,017 Axelns lutning mot banplanet 23,5° Rotationstid 23 h 56 min 4 s Banans lutning mot solens ekvator 7.25°

Plattektonik

Magnetfält Magnetfältet kastas om oregelbundet med mellanrum på i genomsnitt 300 000 år. För 780 000 år sedan bytte fältet riktning sist

Människan Homo sapiens: Troligt ursprung i Afrika för 200 000 år sedan (Universum hade 99,998 % av sin nuvarande ålder) 7 miljarder 99,6 % av de aktiva generna är gemensamma med chimpansens. Chimpanser resonerar, är självmedvetna, gör redskap och visar känslor

År Världens befolkning -10 000 1 000 000 -6000 10 000 000 -4000 20 000 000 -1000 50 000 000 1 200 000 000 1000 310 000 000 1800 978 000 000 1900 1 650 000 000 maj 2009 6 770 000 000

Månen Siderisk omloppstid: 27,32 dygn Synodisk omloppstid: 29,53 dygn Banan lutar 5,1° mot ekliptikan Medelavstånd: 384 000 km Diameter 3480 km Avlägsnar sig 4 cm/år

(www.gsfc.nasa.gov/topstory/2002/1204eclipse.html, 30 mars 2006) This method leads to a value of pi approximately equal to 3.16049 Total solförmörkelse Australien 4 december 2002 (www.gsfc.nasa.gov/topstory/2002/1204eclipse.html, 30 mars 2006)

Fr. h.: Månen belyst av jorden, Solens korona, Saturnus, Mars och Merkurius (från Clementine)

Lagrangepunkter 5 punkter i system med 2 stora himlakroppar, där deras gravitation ger mindre föremål samma omloppstid som näst största kroppen. Satelliter kan placeras i t ex L2. L4 och L5 är stabila (om tillräcklig masskillnad mellan de två stora kropparna). Betyder att satelliter i dessa stannar trots små störningar. L1-L3 är dynamiskt instabila. Innebär att objekt i dessa som stöts till lätt försvinner därifrån. Har betydelse för rymdforskningen. I jordens L1 finns t ex. satelliten SOHO, som mäter solen. I L4 och L5 kan himlakroppar samlas, t ex Trojanerna. Sådana kallas trojanska asteroider eller trojanska månar och punkterna för trojanska punkter. I jordens L4 och L5 finns mycket interplanetärt stoft.

Månens baksida Första bilden 1959 (Från Luna 3) (solarsystem.nasa.gov/multimedia/ display.cfm?IM_ID=1963 30 mars 2006)

Jorden över Månens nordpol (från Clementine) (solarsystem.nasa.gov/multimedia/display.cfm? IM_ID=799 30 mars 2006) Plaskettkratern >

Jorden och Månen på 8 milj. km avstånd från Mars Express (www.spacetoday.org/SolSys/Mars/MarsExploration/MarsExpressBeagle.html)

Jorden 1h före soluppgång från Marsbilen Spirit

Mars Medelavstånd från Solen 1,5 AE Omloppstid 687 dygn (1,88 år) Ekvatorsdiameter 6794 km (0,5 ggr jordens) Banans lutning mot jordbanans plan 1,85° Banans excentricitet 0,093 (jorden: 0,02) Axellutning 25,2° Rotationstid 24h 37min 22s Max magnitud -2,9 Atmosfärstryck vid ytan 600 Pa (0,6 % av jordens) Temperatur vid ytan -110 - 10 °C Atmosfär CO2: 95 %, N, Ar, lite O

Olympus Mons Solsystemets största vulkan. 24 km hög, 550 km tvärs över. Storleken möjlig pga låg gravitation och frånvaron av tektonik på ytan. (Jordens största vulkan: Mauna Kea, Hawaii, 9 km hög, 120 km tvärsöver). Från Mariner 9 som kretsade kring Mars 1971-72 (NASA)

Opportunity och Curiosity Bilar som undersöker geologin på Mars och sänder tillbaka bilder Opportunity landade 2004 och Curiosity 2012 Marsbild tagen av Spirit (bil som nu verkar död) (www.jpl.nasa.gov/missions/mer/ 13 mars 2006)

Ansikten på Mars Ansiktet på Mars Kratern Glada ansiktet

Solnedgång på Mars Från bilen Spirit 2005 (www.nasa.gov/lb/multimedia/imagegallery/image_feature_347.html 16 mars 2006)

Fobos Från Mars Reconnaissance Orbiter 2008

Fobos Mars största måne Fobos (Φoβος) är grekiska och betyder fruktan Medelavstånd från Mars 9378 km Medelavstånd från Mars yta 6000 km Mått 27 x 21,6 x 18,8 km Yta 6 000 km2 Omloppstid 7 h 39,2 min (Går upp i väster och ned i öster) Över horisonten högst 4 h 15 min Ett varv relativt en punkt på Mars tar 11h 6 min

Fobos (forts) Osynlig från latituder >70.4° från Mars ekvator Gravitation vid ytan 0,001 av jordens Varierar 210%, 450% p g a Mars gravitation Banan 1,8 cm lägre / år <- tidvatteneffekter. Om 50 milj år kolliderar den med Mars, eller troligare bildar planetring Bunden rotation Mars är 6400 ggr större och 2500 ggr ljusstarkare därifrån än fullmånen härifrån. Diametern 1/4 av himlen. Flykthastighet: 11 m/s (Hastigheten efter 6 m fritt fall över jordytan)

Gravitation Om en person som väger 70 kg kunde stå på en enkel badrumsvåg skulle vågen visa: På månen: 12 kg … Mars: 27 kg … Solen: 2 ton … Phobos: 1 hg

Gravitation (forts) För fix densitet är gravitationskraften vid ytan proportionell mot en himlakropps radie.

Deimos> Från Spirit 26 aug 2005 <Fobos (marsrovers.jpl.nasa.gov/gallery/press/spirit/20050909a.html 16 mars 2006) <Fobos

Dvärgplaneter Himlakropp i bana kring solen Tillräcklig massa för att göras rund av sin gravitation, men som ej rensat bort alla planetesimaler kring omloppsbanan. Tillräcklig massa för att övervinna stelkroppskrafterna och uppnå hydrostatisk jämvikt. Ej att förväxla med småplaneter Begreppet infördes 2006, orsakad av upptäckten av flera transneptunska objekt som konkurrerade med Pluto i storlek och slutligen upptäckten av Eris som är större.

Vesta Mosaik från bilder från NASA's rymdsond Dawn som studerade Vesta 2011-12. Berget vid sydpolen –nederst - är dubbelt så hög som Mount Everest.

Ceres Från rymdsonden Dawn (19 februari 2015)

Jupiter Massa 1 900 kvadriljoner kg Omloppstid 11,862 år Ekvatorsdiameter 142 984 km

Jupiter (forts.) Rotationstid vid ekvatorn 9 h 50 min Max magnitud -2,94 Medeltemperatur c:a -110 °C Yttryck >>1000 bar Magnetosfären 7 milj km mot solen, Nästan till Saturnus bana Vinkelstorlek från Jorden 30” - 49”

Jupiters kärna troligen av sten och metall (samma material som hos terrestra planeterna) Innehåller bara 4 % av massan (13 jordmassor). 10 000 km radie <-trycket från resten av Jupiter. C:a 70 milj atm och ungefär 25 000 K i centrum

Jupiter (forts.) Ovan kärnan ligger merparten av planeten i form av flytande metalliskt väte. Denna exotiska väteform är möjlig bara vid trycket < 4 miljoner bar, som i Jupiters och Saturnus inre.

Jupiter, Röda fläcken, Io och Callistos skugga Sammansatt av >1000 bilder 15 dec. 2002 7.19-8.42 UT Söder är upp (antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap030227.html, 20 mars 2006)

Minimagnituder för Jupiters största månar Ganymedes 4,6 Io 5,0 Europa 5,3 Callisto 5,6 Jfr Uranus 5,5

Saturnus ringar C:a 10 m tjocka av partiklar från cm-storlek till 10 m. Lätt laxfärgade. Tyder på spår av organiska molekyler, som ofta har liknande färg.

Sydsken på Saturnus (Från Hubble) (hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2005/06/image/d 29 mars 2006)

Vad är detta?

Tethys skuggar Saturnus ringar (Från Cassini Equinox Mission Website)

Dione (1126 km diameter) och Enceladus (505 km) I blått ljus februari 2005 på 2,6 milj. km avstånd från Saturnus.

Cassini Cassini Konstgjord satellit kring Saturnus NASA/ESA projekt Anlände 2004 Kretsar kring Saturnus och sänder data till 2017 då den skall falla kontrollerat in i Saturnus atmosfär

Cassini Uppskjutningen 1997 Kennedy Space Center vid Cape Canaveral, Florida

Cassinis väg till Saturnus

Titan Diameter 5150 km (solsystemets näst största måne) (Jfr Merkurius 4900 km) Yttemperatur: -180 °C Atmosfärstryck vid ytan 1,5 atm Atmosfär Kväve, metan, spår av ammoniak, argon, etan

Uranus Medelavstånd från Solen: 19 AE Omloppstid 84 år Ekvatorsdiameter 51 000 km (4 ggr jordens) Månar 27 (21 namngivna) Upptäcktes 1781 av Willian Herschel och utvidgade solsystemets kända gräns första gången i nyare tid.

Neptunus Medelavstånd från Solen: 30 AE Omloppstid 165 år Solens medeldiameter sedd från Neptunus 1’

Solen Grekerna kallade den Helios, romarna Sol Massa 1 989 kvadrilljoner ton (1,989 · 1030 kg) Radie 6,96 · 105 km Genomsnittlig vinkeldiameter 32’ Rotationstid ekvatorn: 25 d polerna: 35 d

Solen Yttemp 5800 K Centraltemp 15,5 · 106 K Tryck i centrum 250 miljarder atm Densitet i centrum 150 000 kg/m3 Luminositet 3,90 · 1026 W 700 milj. ton H -> 695 milj. ton He + 5 milj ton γ-strålning varje s. Förs ut genom succesiva absorptioner och re-emissioner och slutligen konvektion

Solen just nu (sohowww.nascom.nasa.gov/data/realtime-images.html, 2 februari 2015)

Flares En av de mest spektakulära som setts. Lyfts av magnetiska krafter från Solen. Sträcker över 588 000 km av solytan. Från NASA:s rymdstation Skylab, 19 december 1973. (www.solarviews.com/cap/sun/sun.htm 30 mars 2006)

Solen (forts.) Brinner fridfullt runt 5 miljarder år till, men luminositeten kommer ungefär fördubblas Om 2,5 miljarder år har jordens vatten förångats och sista livet dött (www.discover.com/issues/may-93/departments/avisionoftheend222/) om inte förutsättningarna ändrats.

SOHO Solar and Heliospheric Observatory Studerar solens inre struktur, dess vidsträckta yttre atmosfär och solvindens ursprung. sohowww.nascom.nasa.gov Ett ESA/NASA projekt Uppsköts 1995

SOHO (forts.) Sammansatt bild (17,1 nm som blått, 19,5 nm som gult och 28,4 nm som rött). 17,1 nm-strålningen visar emission från 8 och 9 ggr joniserat Fe vid c:a 1 milj. K. 19,5 nm visar 11 ggr joniserat Fe vid c:a 1,5 milj. K. 28,4 nm visar 13 ggr joniserat Fe vid c:a 2.5 milj. K.

SOHO (forts) Historiens största kometjägare upptäcker sin 1000:e komet 5 augusti 2005 (www.esa.int/esaCP/SEMCA3908BE_index_1.html)

Koronaloopar (solarsystem.nasa.gov/multimedia/display.cfm?IM_ID=191 Klustrar av koronaloopar >30 ggr Jordens diameter (från satelliten TRACE i bana kring Solen). Upphettning sker mest långt ned i koronan nära basen av looparna. (solarsystem.nasa.gov/multimedia/display.cfm?IM_ID=191 31 mars 2006)

Källor som ej angivits löpande www.nineplanets.org www.nasa.gov antwrp.gsfc.nasa.gov www.vt-2004.org www.answers.com www.martiansoil.com www.spitzer.caltech.edu/Media/releases/ssc2004-05/index.shtml www.gps.caltech.edu/~mbrown/sedna/ www.gps.caltech.edu/~chad/quaoar/ www.ifa.hawaii.edu/~jewitt/kb.html nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/ http://www.maa.clell.de/Messier/E/More/virgo.html Patrick Moore: Fakta om astronomi Neil F. Comins, William J. Kaufmann III: Discovering the Universe, 6th edition Fakta om astronomi (När?Var?Hur?Serien) Claes-Ingvar Lagerkvist, Kjell Olofsson: Astronomi – en bok om Universum ESO 3D Universe (DVD)