Die Planeten unseres Sonnensystems
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Die Planeten unseres Sonnensystems Max Camenzind – Senioren Uni – Dezember 2016 NASA Tour through Solarsystem Schiefe der Planeten NASA's Voyager 1, humankind's most distant spacecraft, is around 125 AU. Scientists believe it entered interstellar space, or the space between stars, on Aug. 25, 2012. Much of interstellar space is actually inside our solar system. It will take about 300 years for Voyager 1 to reach the inner edge of the Oort Cloud and possibly about 30.000 years to fly beyond it. 0.3 0o 1.0 3.0 10. -250o 30. Pluto Neptun Uranus Saturn/Titan Jupiter/Europa Bewohnbare Zone Venus 500o Mars Erde/Mond 250o Merkur Bewohnbare Zone im Sonnensystem Temperatur AE Distanz Albedo = Rückstrahlvermögen Bond vs. geometrische Albedo Die sphärische Albedo (auch planetarische Albedo und Bondsche Albedo genannt) ist das Verhältnis des von einer Kugeloberfläche in alle Richtungen reflektierten Lichts zu der auf den Kugelquerschnitt einfallenden Strahlung. Bei der planetarischen Albedo gilt als Oberfläche der obere Rand der Atmosphäre. Die sphärische Albedo liegt stets zwischen 0 und 1. Der Wert Null entspricht einer vollständigen Absorption und Eins einer vollständigen Reflexion des einfallenden Lichts. Die geometrische Albedo ist das Verhältnis des von einer vollen bestrahlten Fläche zum Beobachter gelangenden Strahlungsstroms zu dem, der von einer diffus reflektierenden, absolut weißen Scheibe (ein sogenannter Lambertstrahler) gleicher Größe bei senkrechtem Lichteinfall zum Beobachter gelangen würde. Vergleich Albedo im Sonnensystem Albedo der Erde Albedo-Effekte für Klima-Entwicklung Wenn die Erde total mit Eis bedeckt wäre, würde die Albedo 0,84 betragen, d.h. sie würde 84% der Sonneneinstrahlung wieder reflektieren. Wäre die Erde mit einem dunklen grünen Wald überzogen, dann wäre die Albedo nur 0,14, d.h. die meiste Einstrahlung würde dann absorbiert. Das bedeutet, dass Veränderungen in der Eisbedeckung, Luftverschmutzung (Aerosole) oder Landbedeckung subtile Auswirkungen auf das globale Klima haben. Aus Satellitenmessungen seit 1970 ergibt sich eine mittlere Albedo der Erde von 0,30. Merkur Venus Erde Mars Eigenschaften der terrestrischen Planeten (inklusive Europa und Titan Existenz von Leben?) Distanz [AE] Masse Bahnperiode [Erdmassen] Temp. [oC] Merkur 0,39 AE 0,24 a 0,06 ME Venus 0,72 AE 0,61 a 0,82 ME Keine Atmosphäre 470 oC CO2 (95%) 1,0 AE 1,0 a 1,5 AE 1,88 a 5,2 AE 11,9 a 9,6 AE 29,6 a 1,0 ME Erde Mars Europa Titan Zusammensetzung der Atmosphäre Starker Treibhauseffekt 15 oC N2(78%)O2(21%) Wasser! Treibhaus 0,11 ME - 60 oC CO2 (95%) Dünne Atmosphäre 0,008 ME Keine Atmosphäre Eisdecke; Ozean darunter 0,02 ME -200 oC N2, CH4, … Wieviel Wasser enthält die Erde? Merkur Venus Erde Mars Merkur – der Götterbote Masse: 0,055 Erde Radius: 2.440 km Dichte: 5,427 g/cm³ Temperatur: +167 C Albedo: 0,106 Abstrahlung: = EinS. Magnetfeld: schwach ----------------------------Atmosphäre: Sauerstoff: 42 % Natrium: 29 % Wasserstoff: 22 % Helium: 6% ----------------------------Rotation: 58 d 15 h Inklination: 0,01 ° ----------------------------Halbachse: 0,387 AE Umlaufzeit: 87,96 d Exzentrizität: 0,20563 Periheldrehung: 1,4`` # Monde: -- Merkur Morgendämmerung 23.9.2010 Vergleich Erde - Merkur In 2 Umläufen 3 Rotationen Ein Tag auf Merkur dauert 2 Planetenjahre Merkurkarte Giovanni Schiaparelli 1889 Merkurkarte Eugène Michel Antoniadi 1934 MESSENGER Merkur/NASA 2004 - 2015 MESSENGER untersucht Merkur Munch (61 km), Sander (52 km), Poe (81 km) Krater Merkur Mariner 10: Scharfe Klippen Mercury has a thin atmosphere that does little to protect it from asteroid impacts, which slam into its surface on a regular basis. Some craters on Mercury are billions of years old, but you can spot the more recent impact sites in light blue and white in this false-color image. Here's a remarkable close-up of Mena crater. The white rays tracing across the surface are debris that an asteroid kicked up when it hit. Notice how the rays overlay some of the older impact sites. That's how scientists know that this 15.5-milewide crater was made relatively recently. On the other side of Mercury is one of its most famous features: the giant Caloris basin, outlined here in tan in the upper right. The basin is 960 miles wide and relatively smooth. In fact, the tan regions in this false-color image mark some of the smoothest places on the planet where past lava flows have glossed the surface. Before MESSENGER, scientists did not know of Mercury's violent volcanic past. Here's a closeup, false-color image of the Caloris Basin. The bright orange splotches around the basin's southern perimeter are thought to be volcanic vents, but they are no longer active. This crescent-shaped crater is named after the famous American writer Edgar Allen Poe. Poe crater is about 70 km wide and is located in the Caloris basin. If you look at the previous image in this slideshow, Poe crater is the northern most dark-blue crater in the basin. The dark blue color is used to indicate that these craters are made of darker material than their surroundings. NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution Washington Here's an even closer shot of the central point of Caloris basin, one of the largest impact basins in the entire solar system. The mountainous ridges around the basin are 1.2 miles tall. Scientists are not sure why the very center has a series of clumpy troughs. The dark region in this photo marks Mercury's north pole. Unlike Earth, which is tilted on its axis by about 24 degrees, Mercury is almost completely vertical, with a small axial tilt of 2 degrees. As a result of this tiny tilt, some parts of the planet never see sunlight. In 2014, scientists reported that MESSENGER had discovered ice in the permanently shadowed regions near the north pole. NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution Washington In 2014, scientists announced that by studying these surface features, they had discovered that Mercury was shrinking faster than previously thought. The shrinkage is due to the fact that the planet has a giant iron core that is cooling and contracting as it does so. Mercury's iron core is significantly larger than Earth's, and scientists still aren't sure why. Schwache Magnetosphäre Liquid? s. Video Merkur Venus Erde Mars Venus – die schönste im SSystem Masse: 0,815 Erde Radius: 6.051 km Dichte: 5,243 g/cm³ Temperatur: +464 C !!! Albedo: 0,75 Wolkenbedeckung Abstrahlung: Treibhaus Magnetfeld: -----------------------------Atmosphäre: Kohlenstoffdioxid: 96,5 % Stickstoff: 3,5 % Schwefeldioxid: 0,015 % ----------------------------Rotation: 243 d 27 h Inklination: 177,36 ° ----------------------------Halbachse: 0,723 AE Umlaufzeit: 224,7 d Exzentrizität: 0,007 # Monde: -- Venus-Phasen stürzen Weltmodell Planeten-Konjunktion-Opposition Größenvergleich Venus und Erde Solar Irradiance @ Venus-Transit Zusammensetzung Venus-Atmosph Venus Venera 14 lander 1981 Erde – einzigartiger Planet Galaxis Masse: 5,9 x 1024 kg Radius: 6.378 km Dichte: 5,71 g/cm³ Temperatur: + 15 C Albedo: 0,52 Abstrahlung = Einstr. Magnetfeld: 300 µT ----------------------------Atmosphäre: Stickstoff: 78,1 % Sauerstoff: 20,95 % Argon: 0,93% Kohlenstoffdiox: 0,04% ----------------------------Rotation: 23h 56m 4,1s Inklination: 23,44 ° ----------------------------Halbachse: 1,0 AE Umlaufzeit: 1,0 a Exzentrizität: 0,048 # Monde: 1 Entstehung der Jahreszeiten Nordpol Südpol Die Jahreszeiten Sonne Tag-/Nachtzeiten Wir Sonne Tag-/Nachtzeiten Sonne In Bezug auf ihre Schwerkraft gleicht die Erde eher einer Kartoffel als einer Kugel: Sie ist an einigen Stellen eingedellt, an anderen ausgebeult. Diese Unebenheiten entstehen unter anderem durch Bereiche besonders hoher Dichte in der Erdkruste oder im Erdmantel. So befinden sich beispielsweise große Senken rund um den Pazifischen Ozean, im Westen des Atlantiks, unter dem Rossmeer in der Antarktis oder unter den Tiefseegräben des Indischen Ozeans. Für die Geowissenschaftler sind diese lokalen Schwankungen der Schwerkraft Gold wert. Denn sie geben wertvolle Einblicke auch in das Innenleben unseres Planeten. Sie verraten einiges über die verschiedenen Schichten des Erdinneren und helfen dabei, elementare Prozesse der Krustenbewegung und des Erdmantels nachzuvollziehen und zu erforschen. So entdeckten Wissenschaftler des California Institute of Technology (Caltech) im Mai 2010 mit Hilfe eines neuen Modells, dass viele Stellen mit niedriger Schwerkraft genau dort auftreten, wo Gestein der Erdkruste durch die Plattentektonik in die Tiefe gedrückt wird. An diesen Subduktionszonen wandern zwei tektonische Platten aufeinander zu, eine der beiden wird dabei überschoben und sinkt wegen ihrer hohen Dichte bis in den unteren Erdmantel hinab. Das Absinken der dichteren Krustenplatten erzeugt Turbulenzen im Mantel, die leichteres, weniger dichtes Gestein aus tieferen Schichten nach oben befördert. Dieser Aufstieg wiederum, möglicherweise verbunden mit chemischen Reaktionen zwischen abgesunkenen Krustenplatten und Mantelgestein, sorgt für ein regionales Absinken der Schwerkraft und verändert damit auch die über das so genannte Geoid dargestellten Abweichungen im Erdschwerefeld – die „Erdkartoffel“ erhält eine Delle. Ohne den festen inneren Erdkern gäbe es möglicherweise kein Leben auf der Erde. Denn erst die elektromagnetische Wechselwirkung des festen Eisenkerns mit dem umgebenden flüssigen Metall des äußeren Kerns produziert das Magnetfeld, das uns vor der harten Strahlung des Alls schützt. Neues Bild des Erdinneren Nach Ansicht der Forscher spricht dies dafür, dass der Geodynamo unseres Planeten erst vor rund eineinhalb Milliarden Jahren seine heutige Form erhielt – er entwickelte einen festen inneren Kern umgeben von einem flüssigen äußeren. "Unsere Interpretation der Daten ist zwar nicht völlig unzweifelhaft, aber zurzeit ist die Erstarrung des inneren Kerns im Mesoproterozoikum die wahrscheinlichste Erklärung für den plötzlichen Anstieg des Dipolmoments im Erdmagnetfeld", betonen die Wissenschaftler. "Dieses Ergebnis könnte unser Verständnis des Erdinneren und seiner Geschichte verändern", meint Biggin. Denn die Bildung des festen Eisenkerns ist entscheidend für die Eigenschaften des Erdinneren und für den so wichtigen magnetischen Schutzschild der Erde. Der Zeitpunkt der Erstarrung verrät zudem, welche theoretischen Modelle die thermische Entwicklung des Inneren am besten beschreiben. Noch mindestens eine Milliarde Jahre stabil Gleichzeitig liefern die Daten auch Hinweise darauf, wie sich das Erdinnere heute entwickelt: "Die Ergebnisse sprechen dafür, dass sich das Innere des Planeten langsamer abkühlt als bisher gedacht", erklärt Biggin. "Sie zeigen auch, dass der innere Erdkern etwa um einen Millimeter pro Jahr wächst." Das aber bedeutet, dass es noch mindestens eine Milliarde dauern dürfte, bis der Kern so weit abgekühlt ist, dass auch die heute noch flüssige äußere Schicht erstarrt. Wenn das geschieht, dann kommt der Geodynamo zum Stillstand und die Erde verliert ihr schützendes Magnetfeld. Bei unserem Nachbarplaneten Mars war dies schon rund eine halbe Milliarde Jahre nach seiner Entstehung der Fall: Er besaß einst ein sehr starkes Magnetfeld, verlor es dann aber nahezu komplett. Die Erde dagegen kann dank ihrer Größe die Hitze besser halten und hat das schützende Feld daher bis heute. [Nature 2015] Konvektion im Erdmantel Alfred Wegener 1880 – 1930 Der Meteorologe und Polarforscher Alfred Wegener formulierte die Theorie der Kontinentalverschiebung, am 6.1.1912. Die Lithosphärenplatten Die Kinematik der Lithosphärenplatten Diese Brücke auf Island überspannt eine Bruchzone in jenem Gebiet, in dem sich die Nordamerikanische und die Eurasische Platte voneinander entfernen. Ausbruch des Mauna Loa auf Hawaii, 1984 Der Mond Entfernung 384 400 km Mond 3 476 km Erde 12 756 km Der Mond Entfernung 384 400 km Mond 3 476 km Erde 12 756 km Der Mond • Mondphasen synodischer Monat 29.5 Tage siderischer Monat 27.3 Tage • Mondbahn: <R> ≈ 380 000 km, v = 1.0 km/s • Bahnebene: ~ 5o geneigt zur Ekliptik • Rotation: P=27.3 Tage, Achse senkrecht zur Bahnebene gebundene Rotation • Schwerpunkt Erde-Mond System: aE/aM=MM/ME = 1/83 Gezeiteneffekte • Deformation der Erdkugel Drehimpulstransfer: Erdrotation Mondbahn • Erdtag wird länger: 0.0016 s/Jahrhundert • Distanz Erde – Mond vergrössert sich: 4 cm/Jahr • Monat wird länger: 0.0035 s/Jahr Endzustand: gebundene Rotation der Erde • Lunisolarpräzession ΔK = GMm/l12 – GMm/l22 Mond Sonne Mondoberfläche • dunkle Tiefebenen (Mare) • hellere Hochländer (Terrae) • Krater Krater: • vertiefte Mulden • erhöhter, ringförmiger Rand • zentraler Kraterberg • max. Höhenunterschiede bis 10 km • Kraterhäufigkeit ist ein Mass für das Alter der Oberfläche Merkur Venus Erde Mars Mars – Horus der Rote in Ägypten Masse: 0,107 Erde Radius: 3.396 km Dichte: 3,933 g/cm³ Temperatur: -133 - +27 C Albedo: 0,15 Sandwüste Abstrahlung: kein Treibhaus Magnetfeld: -----------------------------Atmosphäre: Kohlenstoffdioxid: 95,9 % Stickstoff: 1,89 % Sauerstoff: 0,146 % ----------------------------Rotation: 24h 37m 22s Inklination: 25,19 ° ----------------------------Halbachse: 1,524 AE Umlaufzeit: 687 d Exzentrizität: 0,0935 # Monde: 2 Vergleich Erde - Mars Mars-Daten Rückläufige Bewegung Mars-Daten Rückläufige Bewegung Planetenrückläufigkeit Mars-Karten zum Auswandern Roboter Curiosity auf Mars Mars - Rotation Merkur Venus 19. Jahrhundert Erde Mars Mars Phobus Deimos Mars Mars Mars >2030 Wasser auf dem Mars? Polkappen (Wassereis, Trockeneis CO2) Canyon-artige Kanäle (Hinweis auf fliessendes Wasser) Marsatmosphäre vielfältige, geologische Strukturen Sonne Das Sonnensystem – die äußeren Planeten 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Jupiter Saturn Uranus Neptun Jupiter – der Götterfürst Masse: 318 Erde Radius: 71.492 km Dichte: 1,326 g/cm³ Temperatur: - 108 C Albedo: 0,52 Abstrahlung: 335 PW Magnetfeld: 1400 µT ----------------------------Atmosphäre: Wasserstoff: 90% Helium: 10,2% Methan: 0,3% ----------------------------Rotation: 9h 55m Inklination: 3,3° ----------------------------Halbachse: 5,3 AE Umlaufzeit: 11a 315d Exzentrizität: 0,048 # Monde: 67 Saturn Uranus Der große rote Fleck & Neptun die Galileischen Monde Jupiter Io Europa Ganymed Kallisto 1 Monat Voyager 1 Anflug Jupiter Abplattung des Jupiter durch Rotation Jupiter vom Süddpol her gesehen Juno Perijove 3 Jupiter 11.12.2016 Südpol Innerer Aufbau von Jupiter Strukturen auf Jupiter / Wikipedia Auch Jupiter besitzt eine Aurora Polarlichter gibt es nicht nur auf der Erde. Alle Himmelskörper mit einem Magnetfeld und einer Atmosphäre zeigen dieses Phänomen. Auf Jupiter ist die Aurora besonders stark ausgeprägt und leuchtet sogar im Röntgenlicht. Wie auf der Erde entstehen die Polarlichter auf Jupiter, wenn geladene Teilchen aus dem Weltraum auf Moleküle der Planetenatmosphäre treffen und ionisieren. Das charakteristische Leuchten der Jupiteratmosphäre wurde erstmals im Jahr 1979 entdeckt, als die Raumsonde Voyager 1 an dem Gasplaneten vorbeiflog. Hubble Aufnahme Sonnenwind Magnetosphäre Jupiter Grafik: Fran Bagenal & Steve Bartlett Jupiter Wirbelsturm Erde Saturn Uranus Neptun Jupiter - Der große rote Fleck Mond IO Voyager 1 Vulkane / JPL Galilei Mond IO / Galileo-Sonde JPL Das Gezeitenfeld des Mondes 10 Facts about Jupiter Video Jupiter Saturn Uranus Neptun Saturn – Herr der Ringe / Cassini Masse: 95,16 Erde Radius: 60.268 km Dichte: 0,687 g/cm³ Temperatur: - 139 C Albedo: 0,47 Abstrahlung: -Magnetfeld: ~ Erde ----------------------------Obere Schichten: Wasserstoff: 96,3 % Helium: 3,25 % Methan: 0,45 % ----------------------------Rotation: 10h 33m Inklination: 26,73 ° ----------------------------Halbachse: 9,58 AE Umlaufzeit: 29,457 a Exzentrizität: 0,056 # Monde: 62 + Ringe Jupiter Saturn Uranus Neptun Saturn - Aurora Aufbau Saturn – innerer Aufbau Magnetosphäre Saturn ist ~ Jupiter Grafik: Fran Bagenal & Steve Bartlett Saturn – Magnetosphäre & Monde Titan – 2.größter Mond Sonnensystem Masse: ~ Merkur ÄqRadius: 5.150 km Dichte: 1,88 g/cm³ Temperatur: - 180 C Albedo: 0,22 Abstrahlung: -Magnetfeld: -----------------------------Atmosphäre: Stickstoff: Methan: Argon: ----------------------------Rotation: 15,945 d Inklination: 1,94 ° ----------------------------Halbachse: 1.221.830 km Umlaufzeit: 15,945 d Exzentrizität: 0,029 Vergleich: Erde – Mond - Titan Vergleich der Atmosphären Temperatur- und Druckverlauf Titan – südpolarer Wolkenwirbel Aufnahme: Cassini 2012 Titan – innerer Aufbau Jupiter Saturn Uranus Neptun Uranus – der Göttervater Masse: 14,54 Erde Radius: 25.559 km Dichte: 1,27 g/cm³ Temperatur: - 197 C Albedo: 0,51 Abstrahlung: -Magnetfeld: ~ 100 µT ----------------------------Obere Schichten: Wasserstoff: 82,5 % Helium: 15,2 % Methan: 2,3 % ----------------------------Rotation: 17h 14m Inklination: 97,77 ° ----------------------------Halbachse: 19,201 AE Umlaufzeit: 84,01 a Exzentrizität: 0,047 # Monde: 27 + Ringe Vergleich Uranus - Erde Uranus – innerer Aufbau Neptun Uranus Neptun – Herrscher der Meere Masse: 17,15 Erde ÄqRadius: 24.764 km Dichte: 1,64 g/cm³ Temperatur: - 201 C Albedo: 0,41 Abstrahlung: -Magnetfeld: ~ 100 µT ----------------------------Obere Schichten: Wasserstoff: 80,0 % Helium: 19,0 % Methan: 1,5 % ----------------------------Rotation: 15h 58m Inklination: 28,32 ° ----------------------------Halbachse: 30,07 AE Umlaufzeit: 164,8 a Exzentrizität: 0,0086 # Monde: 14 + Ringe Vergleich Neptun - Erde Stürme auf Neptun – Dark Spot Voyager 2 Hubble Neptun – Helligkeit über 6 Jahre Triton – Meeresgott / Voyager 2 Masse: 0,01 Erde ÄqRadius: 2.707 km Dichte: 2,06 g/cm³ Temperatur: - 237 C Albedo: 0,756 Abstrahlung: -Magnetfeld: -----------------------------Spuren einer Atmosphäre: Stickstoff: 99,9 % Methan: 0,1 % ----------------------------Rotation: 5,88 d Inklination: 0,0 ° ----------------------------Halbachse: 354.759 km Umlaufzeit: 5,88 d Exzentrizität: 0,000 Montage Triton mit Neptun / JPL Neptun on Triton Horizon / JPL Die größten Monde im SSystem Sonnenwind Magnetosphäre Jupiter Grafik: Fran Bagenal & Steve Bartlett Juno misst Plasmaschwingungen beim Eintritt in die Bugwelle NASA's Juno spacecraft has crossed the boundary of Jupiter's immense magnetic field. Juno's Waves instrument recorded the encounter with the bow shock over the course of about two hours on June 24, 2016. "Bow shock" is where the supersonic solar wind is heated and slowed by Jupiter's magnetosphere. It is analogous to a sonic boom on Earth. Juno misst Plasmaschwingungen der Magnetosphäre PlasmaFrequenz
