Kőzetbolygók. Plachy Emese. ELTE Csillagászati Tanszék

Átírás

1 Kőzetbolygók Plachy Emese ELTE Csillagászati Tanszék CSILLAGÁSZATI ALAPTANFOLYAM 2013

2 KATEGÓRIÁK (IAU 2006) 1. Bolygók csillagok körül keringenek, tömegük elég nagy ahhoz, hogy közel gömb alakúvá formálódhattak, fúziós energiatermelésük nincs tisztára söpörték a környezetüket: Merkúr, Vénusz, Föld, Mars, Jupiter, Szaturnusz, Uránusz, Neptunusz 2. Törpebolygók csillagok körül keringenek, tömegük elég nagy ahhoz, hogy közel gömb alakúvá formálódhattak, nem söpörték tisztára az akkréciós korongot maguk körül szomszédságukban lehetnek hozzájuk hasonló méretű égitestek: Plútó, Ceres, Eris, Makemake, Haumea 3. Egyéb apró égitestek minden más bolygószerű objektum, amely egyik fenti kategóriába sem illeszkedik: pl. kisbolygók (aszteroidák), üstökösmagok, Kuiper-objektumok stb.

3

4 Titius-Bode szabály (1766) a = 0,4 + 0,3 x 2n bolygó n a táv (AU) Merkúr Vénusz Föld Mars Kisbolygók Jupiter Szaturnusz Uránusz Neptunusz - 0,4 0,39 0 0,7 0, ,6 1,52 3 2,8 2,9 4 5,2 5, , ,6 19,2 7 38,8 30

5 Bolygótípusok belső bolygók v. kőzetbolygók kis tömeg, nagy sűrűség, nehéz elemek, holdszegénység külső bolygók v. óriásbolygók nagy tömeg kis sűrűség, könnyű elemek sok hold, gyűrűk különbségek okai különböző naptávolság vegyi differenciálódás olvadáspont szerint vas/szilikát Merkúrban a legnagyobb kifele csökken hóhatár 4-5 AU (innen kifelé főleg jégből állnak), 30 AU-tól metánjég különböző méretek (nagyobbak légkört tudtak megtartani) eltérő vulkáni aktivitás, lemeztektonika

6 Merkúr a = 0,39 AU e = 0,2 i = 7 R = 2440 km M = MFöld/18 ρátlag = 5,4 g/cm3 keringés 88 nap, forgás 58,7 nap 3:2 rezonancia tengelyferdeség 2,1 perihélium precesszió Newtoni gravitáció nem magyarázza Vulkán (hipotetikus bolygó) Einstein-féle általános relativitáselmélet magyarázat

7 Merkúr viszonylag erős mágneses tér van magnetoszféra nagy vasmag ( km sugarú) felszíni hőmérséklet 180 és 430 C között változik nincs légkör talajközeli exoszféra: H, He (napszélből befogott) Na, K (mikrometeorit becsapódás) O, H2O (üstökös) légköri eróziónak nincs nyoma

8 Merkúr ~ Hold: erősen kráterezett kráterközi síkságok kráterekkel telített terep idős kráterek és medencék (kidobott takaró körülötte) fiatalabb képződmények (pl. sugársávos kráterek) vetődések, redők hűlő mag Caloris medence ( ~ 1500 km) ütközés átellenes oldalon barázdákkal borított terület (lökéshullám)

9 MESSENGER monokróm és 8-színű globális mozaikok

10 Jég a pólusokon Sárga: földi radar mérések kráterekben erős visszaverődés Piros: folyton árnyékos régiók Lecsökkenő neutronfluxus a pólusokon vízjég blokkolja

11 Kráterfenéki üregek MESSENGER felvételeken Keletkezésük még nem teljesen tisztázott Sugárzás vagy napszél által elpárologtatott illók Illók a kéregből vagy a becsapódó testből?

12 Merkúr kutatása rossz megfigyelhetőség max. elongáció Mariner-10 (NASA) felszín 45 % feltérképezés mágneses tér 2008 MESSENGER (NASA) 2011 óta Merkúr körüli pályán 2019 BepiColombo (ESA/JAXA)

13 Vénusz a = 0,72 AU e = 0,07 i = 3 R = 6051 km M = 0,81MFöld ρátlag = 5,3 g/cm3 keringés: P = 224 nap retrográd lassú forgás: 243 nap két egymást követő delelés 117 nap tengelyferdeség 2,7 van vasmag nagyon gyenge mágneses tér nincs magnetoszféra belső felépítés ~ Földé

14 Vénusz légkör nagy albedójú (0.76) átlátszatlan légkör P = 94 bar T = 470 C (üvegházhatás) Összetétel: látható/infravörös fényben 96 % CO2,3 % N2 néhány tized % H2O, nyomokban Ar, SO2,CO igen sűrű alsó légkör, légmozgás alig vastag felhőréteg ~ 50 km (napfény 1-2%-át engedik a felszínre) kénsavcseppek, kénkristályok szélsebesség magassággal növekszik m/s a felhőzet 4-5 nap alatt körbejárja a bolygót (szuperrotáció) villámok ionoszféra - napszél kölcsönhatás

15 UV, közeli képek sorozata (Venus Express) Látható fényben így látnánk szabad szemmel (Venus Express) IR alacsonyszintű felhők (Galileo) UV (Mariner-10) UV (Pioneer Venus Orbiter)

16 Vénusz felszín radar térképezés (Magellan) kevés becsapódási kráter fiatal felszín, néhány száz millió éves főleg hullámzó síkságok (planitia)

17 3 nagyobb felföld Aphrodite Terra (Egyenlítőn, Európa méretű) Ishtar Terra (északon kb. Ausztrália méretű) Lada Terra (déli sarkon, kisebb) több vulkáni hátság (regio) eredet: pajzsvulkán nincs lemeztektonika csak egy földi lánchegységhez hasonló: Maxwell-hegység

18 Kráterek: Nincs 3 km-nél kisebb 50 m-nél kisebb test nem képez krátert a vastag légkör miatt (Földön 5-10 m) Mona Lisa, 86 km Három közeli kráter, km között

19 Venyera-15 és -16 radar adatok Északi pólus, Ishtar terra és a Maxwellhegység

20 Különös geológiai formációk anemónák arachnoidák palacsinták Mind vulkanikus eredetű, lágyabb kéreg miatt

21 Vulkanizmus Egyre több bizonyíték jelenleg is aktív vulkanizmusra Környezetnél forróbb hegyek Kén-dioxid a felsőlégkörben csökkenést és növekedést is mértek Vulkánkitörések vagy évtizedes folyamatok a felsőlégkörben?

22 Vénusz kutatása Mariner program (Mariner-2,-5,-10) 1962 Mariner-2: első megközelítés Venyera program (16) leszállóegység 1970 Venyera-7: landolt a bolygó felszínén

23 Feldolgozott képek Venyera-9 Venyera-13 Venyera-14

24 Venyera-13 Venyera-14

25 1978 Pioneer-Venus légköri szondák orbiter: légkör, felszín tanulmányozása 1992-ig 1985 VEGA (-1,-2 Halley-üstököshöz) leszálló egységeket és ballonok Magellan űrszonda : feltérképezés radar mérésekkel aktív: Venus Express (ESA) 2010: Akacuki (JAXA) Nem állt pályára talán 2015-ben

26 Vénusz története - feltevés Föld év Vénusz hasonló CO2 és H2O készlettel indultak Vénuszon a víz zöme pára volt Nap fényesedésével megszaladt az üvegházhatás H2O oxidálja a forró felszíni kőzeteket oxigén a kőzetekben megkötődik H2 elszökik Földön ellenben a víz folyékony, benne élet (kékalgák) fotoszintézis CO2-ből a O2 felszabadul C megkötődik a mészkőben bizonyíték: D/H arány kb. százszor magasabb a földinél

27 Mars a = 1,52 AU e = 0,09 i = 2 R = 3394 km M = MFöld/10 ρátlag = 3.95 g/cm3 P = 687 nap forgás ~ Föld csillagnap 24h37m tengelyferdeség 24 évszakok ~ kétszer olyan hosszúak, mint a Földön részleges magnetoszféra (remanens mágnesesség) belül kis vasmag (15% sugár) vagy valamivel nagyobb FeS mag (25%)

28 Mars légköre p = 6-11 mbar évszakfüggő T= 140 C C Összetétel: 95,3% CO2, 2,7% N2 1,6% Ar, 0,13% O2 0,07% CO, 0,03% H2O felhők erős szelek (néhány 10 km/h) ritka légkör (zenitben nappal is látni a csillagokat) porviharok: a legnagyobbak a déli féltekén kezdődnek nyáron szinte az egész bolygót elboríthatják

29 Mars légköre Opportunity rover, a felszínről Viking-1 orbiter Mars Express VMC

30 Mars felszíne sarki sapkák (téli félteken akár 40 szélességi fokig) vörös és sötétebb területek időben változnak gyakori anyagátrendeződés változatos felszíni formák kráterek szakadékok, csuszamlások lineáris képződmények csatornák vulkánok szél által kialakított formák

31 Sarki jégsapkák Észak: 1100 km széles, permanens vízjég 3 km vastagságig É telente ~1 m szárazjég hullik D Dél: permanens szárazjég is (~8 m), ~400 km Légköri CO %-a kifagy -> tavasszal hatalmas szelek, porviharok Észak, télen Észak, nyáron

32 Áradás nyomai (Mars Express) Folyóvölgyek és kráterek (Viking-1) Gleccserszerű képződmény (ME)

33 Dűnék MRO/HiRISE

34 Dűnék MRO/HiRISE

35 Dűnék és kőzetrétegek MRO/HiRISE

36 Víz(?)mosás MRO/HiRISE

37 Porördögök km-re is felérhetnek Forró talajtól feláramló levegőoszlop Roverek napelemeit tisztítják MRO Opportunity

38 Mars felszíne kráterezettség 3 fő rétegtani egység 3 korszak: Noachis (4,6-3,7 md): erősen kráterezett déli felföldek Hesperia (3,7-3,0 md): vulkáni hátságok Amazonis (3,0 md -): üledékek, erózió a víz, jég és szél hatására

39 Déli felföldek erózió (szél, víz, jég) kráterek lepusztultabbak, mint a Holdon ősi becsapódási medencék: pl.: Argyre, Hellas

40 Vulkáni hátságok Tharsis-hátság 3,8 md éves pajzsvulkánok kialakulása vastag kéreg (250 km litoszféra) nincs lemeztektonika egy nagy stabil vulkán jön létre legnagyobb: Olympus Mons az ismert világ legmagasabb hegye, 26 ezer méter néhány millió évente ma is van aktivitás (kráterszámlálások, marsi meteoritok alapján)

41 Tharsis hátság: Ascraeus Mons Pavonis Mons Arsia Mons

42 Valles Marineris Tharsis Montes Noctis Labyrinthus; Ius Chasma; Melas Chasma; Coprates Ch. Chyse Planitia

43 Valles Marineris Hatalmas hasadékrendszer >4000 km hosszú és 7 km mély Keletkezés: Tharsis vulkánok miatt vastagodó kéreg Súly hatására összetöredezés (Noctis L.), repedésekbe lesüllyedő rétegek Tágulás: leomló völgyfalak, keleti felén a folyóvíz is szerepet kaphatott

44 Remanens mágneses tér Noachis korban működött a dinamó, volt magnetoszféra csíkszerű mintázat a mágneses térben egy ideig lemeztektonika is működött? (~földi óceánaljzat)

45 Marsfelszíni ásványok Marskőzetek: vulkáni és átalakult (metamorf) kőzetek, üledékek a víz hatására sokféle hidratált szilikátok (agyagásványok ~ földi, Al helyett Fe) vasoxid vörös szín eltakarja a szürkés bazaltot karbonátok Marspor: szél, víz, becsapódások okozta erózió miatt

46 Víz a Marson légkör víztartalma kicsi, de közel a telítettségi állapothoz felszínnel vízcsere felszínen szilárd állapotban (sarki sapkákban) közvetlen bizonyíték (2008 Phoenix) feltételezett felszín alatti vízkészlet elmélet: késő Noachis / kora Hesperia időszakban az északi síkságot valószínűleg óceán borította bizonyítékok ősi partvonal ma is látható D/H a Marson ötszöröse a földinek sok víz elszökött a légkörből valaha több tized bar nyomású légkör volt, így lehetett folyékony víz

47 milliárd éve: légköri gázokat pótló vulkanizmus csökken kis g, napszél disszociálja a vizet légkör egy része lassan elszökik más részét a felszíni kőzetanyag megköti légkör lassan ritkul, hűl, a víz zöme megfagy: talajjég, (mára nagyon vastag 5 10 km krioszféra ), alatta talajvíz időnkénti olvadások, vulkanizmus, becsapódások okozta alkalmi nagy áradások friss vízfolyásnyomok

48 Élet a Marson? feltétel: folyékony víz, UV sugárzás elleni védelem és kémiai ellenállás 1996 Antarktiszon talált marsi meteoritban 4 md éves nanofosszíliák? okozhatják más folyamatok is

49 Dark Dune Spot - Mars Surface Organism (sötét dűnefolt - marsfelszíni organizmusok) hipotézis

50

51 Mars holdjai befogott aszteroidák kötött keringés Phobosz (22 km), gyorsabban kering a Mars tengelyforgásánál, be fog csapódni Deimosz (12 km) pályája nő vastag porréteg

52 Mars kutatás legtöbbet vizsgált bolygó 60-as, 70-es évek: Mariner és Marsz programok: 1965 Mariner-4, első elrepülés kráterek Marsz-3 leszállt, 20 másodpercig működött marsi átok : legnagyobb hibaszázalék '80-90-es években is vesztek oda: Fobosz-1, -2, Mars Observer, Polar Lander, Climate Orbiter...

53 1976 első sikeres landolás: Viking-1 és Mars Pathfinder

54 2004 Mars Exploration Rover: Spirit, Opportunity

55 2008: Phoenix vízjég

56 Opportunity rover Mars körüli pályáról

57 számos aktív űrszonda és rover: Mars Express (első európai) 2001 Mars Odyssey Mars Reconnaissance Orbiter: nagy felbontású képek Mars Exploration Rover: Opportunity (Spirit 2010-ig) Curiosity (Mars Science Laboratory küldetés) Nem sikerült: Fobosz-Grunt, Yinghuo-1 (2011)

58 2013: MAVEN (orbiter, NASA) Légkör összetétele, anyagvesztés 2013: Mangalyaan (orbiter, India) Technikai demonstráció, légkör, fotózás 2016: InSight (lander, NASA) Szeizmométer; fúrás 5 m-ig, szenzorokkal

59 ExoMars Mission (ESA/Oroszo./NASA) Exobology on Mars 2016: Trace Gas Orbiter Metán és más gázok eredete 2018: ExoMars rover Élet keresése Emberes misszió közegben rejlő kockázata 2020: (MSL 2.0) (rover, NASA) Nagy rover, talán mintatároló is a későbbi mintahozatalhoz

60 Mintahozatal Minták robotokkal csak korlátozottan vizsgálhatóak Mintahozatal bonyolult, sok hardvert igényel as évek Három-küldetéses terv: Nagy mintagyűjtő és tároló rover Kis rakodó rover, kis marsi rakéta levitele Randevú a Mars körül a visszatérő szondával, leszállás a Földön

61 Felszíni képek Viking Pathfinder Opportunity Spirit

62 Curiosity Opportunity

63 Földszerű exobolygók Gliese 581 bolygói Gliese 667 Cc HD85512b Corot 7b Kepler 10b