Het ontstaan van het planetenstelsel De ouderdom Geboorteweeën De oorzaak C. de Jager

Acht planeten in ons planetenstelsel (en heel veel dwergplaneten, rotsblokken en stenen)

Wat is een planeet? Een hemellichaam dat in een baan om een ster beweegt (een satelliet van een planeet – zoals onze maan – is dus geen planeet) Moet zodanige massa hebben dat er geen interne kernreacties kunnen optreden, want dan is het een ster (massa moet kleiner zijn dan 2 x 1028 kg) Moet voldoende massa hebben om een min of meer ronde vorm te krijgen (massa groter dan 3 x 1019 kg) Moet zodanige baan en massa hebben dat hij niet uit zijn omloopbaan kan worden getrokken door een andere planeet; m.a.w. stabiele baan vereist

Ons planetenstelsel: Beweging in vlakke schijf; de binnenplaneten

Het binnenste deel van het planetenstelsel (zie ook de planetoïden en de ‘Trojanen’ en ‘Grieken’ in de baan van Jupiter)

Het buitenste deel met de Trans Neptunus Objecten (TNO’s) waaronder de Kuiper gordel) Ook Pluto is een TNO

Tot ver daarbuiten (tot ca Tot ver daarbuiten (tot ca. 150 000 AE): de Oortwolk met tegen de biljoen ijswereldjes

Samengevat: de 4 componenten van ons zonne- (planeten-)stelsel Acht planeten De planetoïden; hoofdzakelijk in banen tussen die van Mars en Jupiter; alle kleiner dan ca. 1000 km; grootste zijn Ceres en Vesta; ~ 200 000 bekend De Trans Neptunus objecten (omvat de Kuiper gordel en objecten zoals Pluto); nu meer dan 1250 bekend Zonnestelsel is min of meer plat systeem waarbij ‘alle’ objecten in dezelfde richting lopen en wentelen met enkele uitzonderingen, vooral in de TNO’s Op zeer grote afstand: de Oortwolk; ca. 1012 kometen

Hoe is dit alles ontstaan? Eerst: een blik op sterren in wording, protoplanetaire schijven bij andere sterren en de zoektocht naar planeten bij andere sterren

Een gebied van stervorming; de Omega nevel; gas klontert samen tot sterren

Tientallen miljoenen jaren later: vele sterren zijn ontstaan en de zwaarste ervan al geëxplodeerd. De nevel N44 in de Grote Magellaanse Wolk

Planeten ontstaan in vlakke, traag draaiende gasschijven Planeten ontstaan in vlakke, traag draaiende gasschijven. De gas- en stofwolk om HD 61005

Stofring om HD216915. Is het gas hier al tot stof of ijs samengeklonterd?

Proplyden in de Orion nevel (proplyde = protoplanetaire schijf)

Gasschijf met planeet om de ster Beta Pictoris. Jupiter-achtig object

Planetesimalen In een protoplanetaire schijf vormen zich objecten door samenvoegen van gas tot stof en tot stenen en zo voort. Wanneer ze groter zijn dan ca. een km is hun aantrekkingskracht voldoende om verder te groeien door aantrekking van meer stofdeeltjes Vragen: zijn deze planetesimalen de voorlopers van planetoïden,van TNO’s en planeten? En wat te zeggen over de objecten uit de Oortwolk?

Hebben andere sterren ook planeten? Extrasolaire planeten

De zoektocht naar extrasolaire planeten De eerste ontdekt in 1995 – 51 Pegasi B Oktober 2011: ca. 680 bekend en meer dan 1000 vermoedelijke planeten Dit leidt tot ruwe schatting: ons melkwegstelsel bevat minstens 50 miljard planeten Tot dusver hoofdzakelijk grote planeten ontdekt, die dicht om hun ster lopen – de ‘hete Jupiters’: dat is een selectie-effect

Met technische kunstgrepen worden soms de planeten zelf gefotografeerd – HD 8799

Het oorspronkelijke materiaal waaruit de planeten ontstonden Stofdeeltjes, stenen en stukjes metaal vliegen nog steeds tussen de planeten

Ontelbare steentjes tussen de planeten Geregeld vliegen ze de aardatmosfeer in Door hun grote snelheid verdampen ze al op ca. 80 km hoogte – een meteoor (vallende ster) De grootste stukken verdampen niet geheel – meteorieten vallen dan op de aarde

De oudste steenmeteorieten – de chondrieten De chondrieten vormen de grote meerderheid van de meteorieten; het zijn de oudste onderdelen van het zonnestelsel

Een chondriet met enigszins druppelvormige insluitsels – de chondrulen

Chondriet Richardson 1918

De insluitsels - chondrulen Ze doen denken aan eens vloeibare en daarna gestolde druppels Bevatten vele mineralen Vooral kenmerkend: de insluitsels van Calcium, en Aluminium (en wat Magnesium) de CAI’s. Het magnesium is een vervalproduct van radioactief 26Al dat na enkele miljoenen jaren overgaat in stabiel magnesium 26Mg (verlies van één positieve lading)

Chondrulen in Allegan, 1899 Chondrulen zijn de oudste onderdelen van het zonnestelsel.

En in Bjurböle, 1918

De overgang van Aluminium in Magnesium Bij het ontstaan van de gasnevel bevatten deze enig radioactief aluminium: 26Al 26Al vervalt door uitzending van een positieve elektrische lading en gaat over in stabiel magnesium: 26Mg; met de tijd komt er dus steeds meer 26Mg Uit de hoeveelheid 26Mg in de chondrulen kunnen we afleiden hoe lang na het ‘tijdstip nul’ het chondruul gestold is. Het blijkt dat het stollen in slechts enkele miljoenen jaren gebeurde; gedurende slechts een of twee miljoen jaren was het chondruul nog vloeibaar

Planetesimaal met ijzerkern In de eerste ca. 1,5 miljoen jaar waren de chondrulen vloeibaar en als ze in de planetesimalen zaten dan waren deze licht verwarmd In een min of meer vloeibaar of nog warm planetesimaal zakken zware elementen omlaag Dat zijn vooral metalen zoals ijzer, nikkel Zo ontstaat een planetesimaal met een ijzerkern

Zeer ruwe schets: een ijzerkern omhuld door gesteente

Het gevolg van botsingen Botsingen met andere planetesimalen kwamen vroeger veel vaker voor dan nu De energie van de botsing leidt tot kleinere brokstukken; de stukken steen bevatten chondrulen Deze stenen zijn de chondrieten De versplinterde ijzerkern leidt tot het ontstaan van ijzermeteorieten De steen- en ijzermeteorieten leren ons dus over de ontstaansgeschiedenis

Samenvatting ontstaansperiode In het beginnend planetenstelsel ontstaan door samenklonteren grotere lichamen – de planetesimalen. Dit zijn gedurende de eerste miljoen jaren radioactieve warmtebronnen Het zijn dan deels gesmolten warme lichamen– als er ijzer is zakt dat naar de kern; chondrulen komen in de planetesimalen voor Bij botsingen kunnen de steen- (en de metaal-) meteorieten gevormd worden

De ouderdom van het planetenstelsel Ouderdomsbepalingen zijn gebaseerd op het uiteenvallen van radioactieve atomen Uit de verhouding tussen hoeveelheden van oorspronkelijk materiaal en het restproduct bepaalt men de ouderdom van het mengsel Enkele voorbeelden: Uranium gaat over in lood, halfwaardetijd is 4,5 miljard jaar Kalium –> Argon; halfwaardetijd 1,3 miljard jaar Rubidium –> Strontium; halfw. tijd 50 miljard jr

Ouderdom van het planetenstelsel; twee soorten objecten a) De CAI’s vormden zich ca 4567 miljoen jaar geleden b) toont ouderdom van ander materiaal in chondrieten; gevolg van latere botsingen De eerste samenklontering van materiaal in het planetenstelsel gebeurde dus 4567 miljoen jaar geleden

De verdere vroege evolutie Het planetenstelsel dreef (drijft) uiteen

Voorbeeld: het aarde - maan stelsel Eb en vloed op aarde worden veroorzaakt door de aantrekking van de maan Door de remmende werking van de vloedberg in de zeeën wordt de aardrotatie afgeremd: de daglengte neemt voortdurend toe Omdat er geen rotatie verloren kan gaan (wet van behoud van het rotatiemoment) wordt de afstand van aarde tot maan gestaag groter

Dit gebeurde ook in het oorspronkelijke planetenstelsel Rotatiemoment ging (en gaat nog steeds) verloren door vloedkrachten die de zon en planeten op elkaar uittoefen(d)en Zo dijt het planetenstelsel uit Dat zal vooral snel zijn gegaan in de beginjaren, toen de jonge planeten ijler en dus groter waren dan nu: veel sterkere vloedwerking

De ‘hete Jupiters’ De ‘hete Jupiters’ zijn grote planeten die de laatste jaren ontdekt werden bij andere sterren Ze zijn groter dan Jupiter; ze lopen dicht om ‘hun’ ster en worden dus sterk verhit Vermoedelijk zijn dit jonggevormde planeten die hun uiteindelijke plaats in hun planetenstelsel nog moeten vinden

Sommige zijn onlangs bezocht De kleine lichamen Sommige zijn onlangs bezocht

Het DAWN project; bezoek Vesta (2011, met zijn grote krater) en Ceres (2015). (de enorme krater zal inlichtingen kunnen geven over binnendelen van Vesta)

Hayabusa bezocht planetoide Itokawa en nam wat stof mee

Een tocht van vele jaren Materiaal werd van de planetoïde werd verzameld Meegenomen naar de aarde; landde in Australië Het onderzoek is nog aan de gang; het stof lijkt dezelfde samenstelling als meteoorstof te hebben

Trojanen bij Jupiter en Neptunus Jupiter heeft vele honderden Trojanen Maar onlangs zijn ook Trojanen bij Neptunus ontdekt!

De Jupiter Trojanen (en Grieken)

Potentiaalvelden in het zonnestelsel; er zijn stabiele en onstabiele libratiepunten

Neptunus-Trojanen bevestigen het beeld van uitdijend planetenstelsel Tot nu toe zijn 7 Trojanen bij Neptunus ontdekt Op grond hiervan wordt statistisch miljoenen Neptunus Trojanen verwacht Uit reken-experimenten blijkt dat dit ingevangen Trans Neptunus Objecten moeten zijn Ze zijn ingevangen tijdens de migratie van Neptunus vanaf een baan op ca. 20 Astronomische Eenheden van de zon naar de huidige baan (op 30 AE) Dit bevestigt het beeld van het uitdijende planeetstelsel

De mysterieuze Oortwolk Een biljoen ‘ijsdwergen’ op afstanden tot ca. 150 000 AE van de zon. We zien enkele daarvan als kometen. Probleem: er zijn veel meer dan we kunnen verklaren!

De aanvankelijke hypothese Hoe verklaren we zo veel ijsklompen op zo grote afstanden van de zon Ze kunnen daar toch niet zijn ontstaan (zo ver van de zon is weinig materiaal te verwachten) Tot dusver steeds aangenomen: ijsklompen uit de Kuiper gordel die door planeetstoringen naar buiten gestuwd zijn Maar ... niet houdbare onderstelling; er zouden dan heel veel meer Kuiper gordel objecten moeten zijn dan we kunnen verwachten

Nieuwe evidentie; indringers! De meeste kometen zijn buiten het zonnestelsel ontstaan in de grote gaswolk waaruit de zon (en met de zon vele andere sterren) afkomstig is De ijsklomp kwam toevallig in de aantrekking van de zon Een komeet is dus een indringer van buiten!

Ontstaan van de Kuipergordel: een recente Nederlandse ontdekking Het Nederlandse HIFI instrument De ster TW Hydrae (5 – 10 miljoen jaar jong) is omgeven door een schijf van stof en waterdamp op afstand tot de ster als die van de Kuipergordel Dezelfde watersoort als die van onze oceanen Er is daar voldoende water voor duizenden aardse oceanen Dus: waar komen onze oceanen nu eigenlijk vandaan?

Het begin van onze planeetvorming De gaswolk waaruit de planeten ontstonden werd (vermoedelijk) samengeperst door een supernova uitbarsting; wanneer vond die plaats? Het magnesiumgehalte van de chondrulen geeft uitsluitsel Het magnesium ontstond toen er nog voldoende radioactief aluminium in de gaswolk zat om voldoende magnesium te kunnen vormen De explosie vond dus ‘vrij kort’ daarvoor plaats

Hoe vroeg? De CAI’s geven uitsluitsel Bij die supernova explosie werd het radioactieve aluminium gevormd Het gaat na 1,5 miljoen jaar al voor de helft over in magnesium Na 15 miljoen jaar is er nog maar een duizendste ervan over; na 30 miljoen jaar nog slechts een miljoenste deel Bij een 30 miljoen jaar eerdere explosie zouden de CAI’s er nooit hebben kunnen zijn; de explosie die tot het planetenstelsel leidde moet dus niet later dan een tiental miljoen jaren vóór het ontstaan van het planetenstelsel hebben plaats gevonden

Sterren, met hun planeten en vele kometen ontstaan nog steeds – de Orion nevel

Stervorming in M17 (Boogschutter)

Kort samengevat: In een interstellaire gasnevel, samengeperst door een supernova uitbarsting, ontstonden sterren, veel planeten, heel veel ijslichamen en kometen. Ons planetenstelsel werd 4567 miljoen jaar geleden geboren.