Ö Översiktskurs i astronomi versiktskurs i astronomi Lektion 5:
Lektion 5: Planetsystem Planetsystem Upplä Uppl ägg gg
Solsystemets Solsystemets uppkomst uppkomst
En En stjstjäärnarnaföfödsds
PlanetesimalerPlanetesimaler
InreInreochochyttreyttreplaneterplaneter
KometerKometerochochasteroiderasteroider
Andra Andra planetsystem planetsystem
MetoderMetoderföförrattattupptäupptäckackaandraandraplanetsystemplanetsystem
VadVadvi vi upptupptääcktckthittillshittills
Liv Liv p på å andra andra planeter planeter
VadVadkankanvi egentligenvi egentligensäsägagaomomdetdet??
Solsystemet Solsystemet
De inre (jordlika) planeterna
De yttre planeterna (gasjättar)
Solsystemets uppkomst I Solsystemets uppkomst I
Gravitationen böGravitationen började dra samman ett interstellrjade dra samman ett interstelläärt rt moln f
moln föör ca 4,6 miljarder r ca 4,6 miljarder åår sedan.r sedan.
RöRörelsemrelsemäängdsmomentets bevarande fngdsmomentets bevarande fåår molnet r molnet att plattas av
att plattas av
Solsystemets uppkomst II Solsystemets uppkomst II
En central fEn central föörtrtäätning, tning, protosolenprotosolen, bildas , bildas
GravitationellGravitationellenergi omvandlades till termisk energi omvandlades till termisk energi.Temperaturen
energi.Temperatureni centrum steg till flera tusen i centrum steg till flera tusen grader Kelvin
grader Kelvin
Efter ca 10 miljoner Efter ca 10 miljoner åår steg temperaturen till ett par r steg temperaturen till ett par miljoner Kelvin
miljoner Kelvin →→spontana fusionsprocesser spontana fusionsprocesser →→En En stjstjäärna trna täändsnds
ÖÖverblivet material runt stjverblivet material runt stjäärnan bildar rnan bildar
Proplyder
Proplyder
I t
I tä äta omgivningar blir det mer komplicerat ta omgivningar blir det mer komplicerat… … Kondensationstemperatur Kondensationstemperatur
TäTätheten och trycket var ltheten och trycket var låågt i den gt i den protoplanetprotoplanetäärara skivan (
skivan (proplydenproplyden).).
Vid tillräVid tillräckligt lckligt låågt tryck kan ett gt tryck kan ett äämne inte existera i mne inte existera i flytande form.
flytande form. ÖÖvergvergåången frngen fråån gasform till fast form n gasform till fast form avgöavgörs av rs av äämnets mnets kondensationstemperaturkondensationstemperatur..
FöFör vatten, metan och ammoniak r vatten, metan och ammoniak äär den 100r den 100——300 K.300 K.
Mineraler (t.ex. kisel & jäMineraler (t.ex. kisel & järn) ligger prn) ligger påå1300—1300—1600 K.1600 K.
Ursprungsmolnets temperatur var ca 50 K Ursprungsmolnets temperatur var ca 50 K →→alla alla ämnen utom vämnen utom vääte, kvte, kvääve, helium och andra ve, helium och andra äädelgaser delgaser var i fast form. I centrum var temperaturen ca 2 000 K.
var i fast form. I centrum var temperaturen ca 2 000 K.
F
Fö ördelningen av grund rdelningen av grundä ämnen i mnen i planetsystemet
planetsystemet
I centrala delarna kunde endast I centrala delarna kunde endast äämnen med hmnen med hööga ga kondensationstemperaturer f
kondensationstemperaturer föörbli i fast form, alla rbli i fast form, alla andra f
andra föörråångades.ngades.
I de yttre delarna kunde bI de yttre delarna kunde bååde iskorn och stoftkorn de iskorn och stoftkorn ö
överleva.verleva.
(AE)
Planetesimaler Planetesimaler
Efter ett par miljoner Efter ett par miljoner åår hade stoftkornen slagit sig r hade stoftkornen slagit sig samman i
samman idet inre och bildat kilometerstora objekt, det inre och bildat kilometerstora objekt, planetesimaler
planetesimaleri bi bååde yttre och inre solsystemet.de yttre och inre solsystemet.
Dessa kolliderade och byggde upp äDessa kolliderade och byggde upp ännu stnnu stöörre rre kroppar.
kroppar.
De inre (jordlika) planeterna bildas De inre (jordlika) planeterna bildas
Efter ca 100 miljoner Efter ca 100 miljoner åår hade fyra eller fem inre r hade fyra eller fem inre planeter skapats.
planeter skapats.
Det som skulle bli jorden kolliderade med en av de Det som skulle bli jorden kolliderade med en av de
Fr
Frå ån n planetesimaler planetesimaler till planeter till planeter
De yttre planeterna (
De yttre planeterna (gasj gasjä ättarna ttarna) bildas ) bildas
I de yttre delarna var I de yttre delarna var temperaturen mycket l temperaturen mycket läägre. gre.
Mer material fanns Mer material fanns tillg
tillgäänglig som kunde bilda nglig som kunde bilda planetesimaler
planetesimaler→→mer mer massiva planeter massiva planeter
Dessa drog läDessa drog lättare till sig ttare till sig väväte och helium. De har te och helium. De har d
däärfrföör lr läägre densitet gre densitet ään de n de inre planeterna.
inre planeterna.
Till slut fanns fyra yttre Till slut fanns fyra yttre planeter som mestadels planeter som mestadels bestod av dessa bestod av dessa äämnen.mnen.
Densitet (1000 kg/m3)
Planeternas
Planeternas fä f ärger rger
Planeter
Planeterochochmmåånarnarärärinteintesvartkroppar!svartkroppar! FFäärgernargernaharharattattgögöraramed ytsammansmed ytsammansäättningttningochoch
reflektionsf
reflektionsföörmrmåågaga, , inteintemed temperaturmed temperatur..
Mars Jupitermånen Io
Asteroider
Asteroider och och kometer kometer
Asteroid (enkelt uttryckt:
stenklump)
Komet (enkelt uttryckt:
snö/isklump)
Asteroidernas uppkomst Asteroidernas uppkomst
De starka gravitationellaDe starka gravitationellakrafterna fråkrafterna från Jupiter n Jupiter skapade asteroiderna och kometerna genom att skapade asteroiderna och kometerna genom att planetesimalerna
planetesimalernakolliderade.kolliderade.
Kollisioner äKollisioner är troligen orsaken till r troligen orsaken till huvudbhuvudbäältslts-- asteroiderna
asteroidernamellan Mars och Jupiter. Nåmellan Mars och Jupiter. Någon stgon stöörre rre planet kunde inte bildas d
planet kunde inte bildas däär.r.
Asteroidbälte
Kometernas uppkomst Kometernas uppkomst
Kometerna bildades bortom Jupiter och m Kometerna bildades bortom Jupiter och måånga nga st
stöördes bort frrdes bort fråån solens omgivning och finns nu n solens omgivning och finns nu Oorts
Oortskometmoln ca 100 000 AE fråkometmoln ca 100 000 AE från solen.n solen.
Andra planetsystem Andra planetsystem
Planetbildning kring stj
Planetbildning kring stjäärnan rnan ββPictorisPictoris. Stj. Stjäärnans rnans ljus har blockerats med speciell teknik.
ljus har blockerats med speciell teknik.
Detektionsmetoder Detektionsmetoder
Direkt metod: Direkt metod:
Planetdetektion genom blockering av Planetdetektion genom blockering av stj
stjäärnans ljusrnans ljus
Nå N ågra indirekta metoder: gra indirekta metoder:
AstrometriskaAstrometriskametodenmetoden
Spektroskopiska metodenSpektroskopiska metoden
Fotometriska metodenFotometriska metoden
MikrolinseffekterMikrolinseffekter
Direkt observation Direkt observation
Kan i nul
Kan i nulääget lyckas om:get lyckas om:
Planeten Planeten äär storr stor
Planeten ligger pPlaneten ligger pååstort avståstort avstånd frnd fråån sin moderstjn sin moderstjäärnarna
Planeten Planeten äär ung och het (utsr ung och het (utsäänder infrarnder infrarööd strd stråålning)lning)
Problematiskt, eftersom ljuset från en stjärna är ohyggligt mycket starkare än ljuset från dess planeter
→Måste blockera ljuset från stjärnan för att se dem
Astrometriska
Astrometriska metoden I metoden I
Astrometriska metoden:
Astrometriska metoden:
Stj
Stjäärnan och planeten rrnan och planeten röör sig kring systemets r sig kring systemets gemensamma tyngdpunkt (GM). Metoden bygger p gemensamma tyngdpunkt (GM). Metoden bygger påå att m
att määta hur mycket stjta hur mycket stjäärnan frnan föörflyttar sig i frflyttar sig i föörhrhåållande llande till GM, enligt:
till GM, enligt:
r
r**= avstå= avståndet frndet fråån GM i n GM i mikrobmikrobåågsekundergsekunder M
M**, M, Mpp= stj= stjäärnans och planetens massa (i Jupitermassor)rnans och planetens massa (i Jupitermassor) a= planetbanans medelavst
a= planetbanans medelavståånd i AEnd i AE D= stj
D= stjäärnans avstrnans avståånd frnd fråån oss i pcn oss i pc
r∗ =955Mp M*
a D
Astrometriska
Astrometriska metoden II metoden II
I figuren har stj
I figuren har stjäärnan en massa av 1 Mrnan en massa av 1 Moch ett och ett avst
avståånd av 1 pc frnd av 1 pc fråån oss.n oss.
Planeten befinner p
Planeten befinner pååett avståett avstånd av 1 AE frnd av 1 AE fråån stjn stjäärnan.rnan.
Spektroskopiska metoden I Spektroskopiska metoden I
Spektroskopiska metoden:
Spektroskopiska metoden:
RRöörelsen kring GM orsakar ocksrelsen kring GM orsakar ocksååäändringar i radialndringar i radial-- hastigheten (genom Dopplereffekten). Hastigheten beror av hastigheten (genom Dopplereffekten). Hastigheten beror av planetmassan,stj
planetmassan,stjäärnmassanrnmassanoch planetens avstoch planetens avståånd frnd fråånn stj
stjäärnan.rnan.
Spektroskopiska metoden II Spektroskopiska metoden II
Fotometriska metoden Fotometriska metoden
Fotometriska metoden:
Fotometriska metoden:
Om planeten passerar framf
Om planeten passerar framföör stjr stjäärnan, frnan, föörmrmöörkasrkas stjstjäärnan. Man kan bestrnan. Man kan bestämma den s.k. ämma den s.k. transittidentransittiden ur magnitudf
ur magnitudföörrändringen. ändringen.
Ljuskurvan f
Ljuskurvan fö ör HD 209458 r HD 209458
Fotometriska metoden ger många kandidater, men ljusförändringar kan även bero på annat än planeter →Uppföljning med andra metoder krävs
Gravitationslinseffekter I Gravitationslinseffekter I
Bakgrundsstjärna Observatör
Ljussvag förgrundsstjärna som rör sig genom synlinjen
Gravitationslinseffekter II Gravitationslinseffekter II
Om förgrundsstjärnan åtföljs av en planeter får man ytterligare toppar i ljuskurvan
Detektionsstatistik
Detektionsstatistik ( (Oktober Oktober 2008) 2008)
TotaltTotaltantal: 312 antal: 312 exoplaneterexoplaneter
Direkt Direkt detektion detektion: 6 : 6 planeter planeter
Spektroskopiska Spektroskopiska metoden metoden: 293 : 293 planeter planeter
251 system (221×251 system (221×1 ,211 ,21××2, 72, 7××3, 13, 1××4, 14, 1××5)5)
51 enskilda51 enskildaplaneterplaneterocksåocksåupptäupptäcktacktamed med fotometriska
fotometriskametodenmetoden
Gravitationslinseffekter: 8 Gravitationslinseffekter : 8 planeter planeter
Övriga Ö vriga metoder: 5 metoder : 5 planeter planeter
Astrometriska metoden har ännu inte lett till några detektioner, men anses ändå lovande inför framtiden
Egenskaper hos detekterade Egenskaper hos detekterade
planetsystem planetsystem
Ännu inget system Ä nnu inget system som riktigt liknar v som riktigt liknar vå årt! rt!
Ofta jä Ofta j ätteplaneter som tteplaneter som ligger mycket n
ligger mycket nä ära ra sina moderstj sina moderstjä ärnor rnor (s.k.
(s.k. ” ”hot Jupiters hot Jupiters” ”) )
Planetsystemet
Planetsystemet
υυAndromedae Andromedae Liv p Liv på å andra planeter I andra planeter I
Ett stort antal andra planetsystem
Ett stort antal andra planetsystem äär kr käända. Men nda. Men finns d
finns däär liv?r liv?
Grundf
Grundföörutsrutsäättning fttning föör liv som vi kr liv som vi käänner det:nner det:
Vatten bör förekomma i flytande form, d.v.s.
temperaturen på planetytan bör vara högre än 0 oC och lägre än 100 oC.
Mars
Mars Odyssey Odyssey & Phoenix & Phoenix Liv på Liv p å andra planeter II andra planeter II
Temperaturen p
Temperaturen på å en planet beror frä en planet beror fr ämst p mst på å: :
T T = effektivtemperaturen fö = effektivtemperaturen f ör stj r stjä ärnan rnan
Liv p
Liv på å andra planeter III andra planeter III
P.g.a. v
P.g.a. vääxthuseffekten xthuseffekten äär T r T ca. 30
ca. 30 ooCChöhögre pgre pååjorden jorden ään n vad ekvationen anger.
vad ekvationen anger.
FFöör vr våårt solsystem blir denrt solsystem blir den beboeliga zonen,
beboeliga zonen, ekosfekosfäärenren:: 0,7< a < 1,6 AE 0,7< a < 1,6 AE Mars ligger allts
Mars ligger alltsååmestadelsmestadels inom ekosf
inom ekosfäären.ren.
Gliese
Gliese 581c – 581c – Upptä Uppt äcktes 2007 cktes 2007
Trots ett kort avstånd till sin moderstjärna (0.07 AE) kan Gliese 581 c ha flytande vatten (yttemperatur 0-40 C), eftesom dess moderstjärna är svalare än vår sol. Ett år på Gliese 581 c är bara 13 jorddygn långt.
Drakes ekvation Drakes ekvation
Drakes ekvation ger en uppskattning av antalet
Drakes ekvation ger en uppskattning av antalet civilisationer,Ncivilisationer,N, , i v
i våår galax Vintergatan:r galax Vintergatan:
RR**= stj= stjäärnbildningshastigheten av lrnbildningshastigheten av läämpliga stjmpliga stjäärnor (antal/rnor (antal/åår)r) f
fp p = andelen stjä= andelen stjärnor som har planeterrnor som har planeter
nnee= antalet jordliknande planeter i varje planetsystem= antalet jordliknande planeter i varje planetsystem f
fll= andelen av dessa d= andelen av dessa däär liv uppstr liv uppståårr ffjj= den andel d= den andel däär intelligent liv uppstr intelligent liv uppståårr f
fcc= andelen som utvecklat teknisk civilisation= andelen som utvecklat teknisk civilisation L = livsl
L = livsläängden fngden föör en civilisation med mr en civilisation med mööjlighet att jlighet att kommunicera. Uppskattningsvis
kommunicera. Uppskattningsvis äär N ~r N ~L.L.
