Het ontstaan van het planetenstelsel

Presentatie over: "Het ontstaan van het planetenstelsel"— Transcript van de presentatie:

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

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

3 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

4 Ons planetenstelsel: Beweging in vlakke schijf; de binnenplaneten

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

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

7 Tot ver daarbuiten (tot ca
Tot ver daarbuiten (tot ca AE): de Oortwolk met tegen de biljoen ijswereldjes

8 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 km; grootste zijn Ceres en Vesta; ~ 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 kometen

9 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

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

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

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

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

14 Proplyden in de Orion nevel (proplyde = protoplanetaire schijf)

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

16 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?

17 Hebben andere sterren ook planeten?
Extrasolaire planeten

18 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

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

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

21 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

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

23 Een chondriet met enigszins druppelvormige insluitsels – de chondrulen

24 Chondriet Richardson 1918

25 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)

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

27 En in Bjurböle, 1918

28 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

29 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

30 Zeer ruwe schets: een ijzerkern omhuld door gesteente

31 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

32 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

33 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

34 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

35 De verdere vroege evolutie
Het planetenstelsel dreef (drijft) uiteen

36 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

37 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

38 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

39 Sommige zijn onlangs bezocht
De kleine lichamen Sommige zijn onlangs bezocht

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

41 Hayabusa bezocht planetoide Itokawa en nam wat stof mee

42 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

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

44 De Jupiter Trojanen (en Grieken)

45 Potentiaalvelden in het zonnestelsel; er zijn stabiele en onstabiele libratiepunten

46 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

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

48 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

49 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!

50 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?

51 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

52 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

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

54 Stervorming in M17 (Boogschutter)

55 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.