Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

9. Üstököskutatás Németh Zoltán A Naprendszer fizikája 20161.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "9. Üstököskutatás Németh Zoltán A Naprendszer fizikája 20161."— Előadás másolata:

1

2 9. Üstököskutatás Németh Zoltán A Naprendszer fizikája 20161

3 Történetük 1 A Naprendszer fizikája Megfigyelés: több ezer éve; ősi rajzok, leírások. Tycho Brahe, 1577: nem légköri, hanem csillagászati jelenségek Halley, 17. század vége: Naprendszerbeli objektumok 1. ábra: Balra a Hale-Bopp üstökös (forrás: Loke Kun Tan, 1997), jobbra pedig a McNaught üstökös porcsóvája, háttérben a Nap korongja (forrás: Nasa, 2007)

4 Történetük 2 - űreszközök A Naprendszer fizikája ŰreszközIdőpontÜstökösTávolság (km)Különlegesség ICE P/Giacobini-Zinner7800Első elhaladás a csóvában ICE P/Halley~30 millió SUISEI P/Halley SAKIGAKE P/Halley7 millió VEGA P/Halley8900 Képek a magról VEGA P/Halley8030 Képek a magról GIOTTO P/Halley600 Diamágneses üreg GIOTTO P/Grigg-Skjellerup200 DS P/Borrelly2000 STARDUST P/Wild 2240Első mintavisszahozatal a csóvából DEEP IMPACT P/Tempel (+impactor) Első érintkezés a felszínnel STARDUST P/Tempel 1181 EPOXI* P/Hartley 2700 ROSETTA P/Csurjumov- Geraszimenko (+lander) Első keringőegység, első landolás

5 Csoportosításuk A Naprendszer fizikája Hosszú periódusú T > 200 év Származás: Oort-felhő Inklináció-eloszlás szinte izotróp Nagy excentricitás Rövid periódusú Halley típusú 20 < T < 200 Jupiter család T < 20 Származás: Kuiper-öv Közel ekliptikus Aphelium: Jupiter pálya Egyszer megjelenő Másfajta csoportosítás is lehetséges. Pálya jelentősen változhat

6 Eredetük, jelentőségük A Naprendszer fizikája Naprendszer kialakulásából visszamaradt ősanyag Távoli pályák, magas illóanyag tartalom Ütközések Gravitációs perturbációk (Neptunusz, többi óriásbolygó, ? X-planet ?) Kezdeti nagy excentricitású pályák, aphélium az eredet távolságában Újabb perturbációk (Jupiter, többi) – rövidebb periódusok, rezonanciák Fontos információk a Naprendszer kialakulásáról Földi óceánok? Mars meleg időszakai …

7 Mi az üstökös? A Naprendszer fizikája Kis méretű szilárd mag (néhány km) Poros hógolyó – havas porgolyó Jelentős illóanyag tartalom (víz, CO 2, egyéb) Elnyúlt pálya, melynek nagy részében az illóanyagok fagyott állapotban Napközelben felszíne felmelegszik – szublimációs folyamatok Ilyenkor kialakul a kóma – por és gázfelhő a mag körül (sok ezer, akár millió km átmérő), Az indukált magnetoszféra és a csóva (csóvák) ~ 100 millió km Porcsóva – szemcsék kb. Kepler pályákon, sugárnyomás Ioncsóva – napszél, mágneses tér hatása

8 A mag A Naprendszer fizikája sűrűség: < 0.5 g/cm3 Összetétel: por+jég Nagy porozitás 60-80% lyuk Nincs bizonyíték nagy üregek létezésére Kürtők, beszakadások Felszíne Nagyon sötét Poros, száraz Réteges szerkezetek Törések sziklák Forrás: Quark1972 (Twitter)

9 A Naprendszer fizikája Forrás: ESA/Rosetta/OSIRIS Team

10 Kóma, semleges anyag A Naprendszer fizikája Napközelben felmelegszik a felszín, szublimációs folyamatok Közvetlenül a felszínen néhány cm kiürült réteg Por, szerves anyagok Sötét, albedó: néhány % Az aktivitást elsősorban a megvilágítás vezérli Kibocsájtás ~ megvilágított terület Néhány perc késés a porréteg szigetelő hatása miatt Aktív üregek? Sziklafalak, rétegek szélei? Jet-ek A gáz a felszín közelében a lokális hangsebességre gyorsul – itt még ütközéses Magával ragad jég és porszemcséket, amik szintén felgyorsulnak Egy bizonyos távolságon kívül az ütközések jelentősége lecsökken – ballisztikus pályák Összetevők: víz, szén dioxid (VIRTIS) szén-monoxid, ammónia, metán, metilalkohol (ROSINA, MIRO) nyomokban egyéb anyagok H 2 S, CN, Mg, Na, formaldehid

11 Üstökös eredetű plazma A Naprendszer fizikája

12 Vezető akadály – mozgó mágneses tér A Naprendszer fizikája Mi történik, ha egy végtelen huzalt mozgó térbe helyezünk? Galilei tr.: mozgó huzal álló tér Indukált áram, abból mágneses tér A külső tér és az áram tere szuperponálódik Mi az összeg tér? Mi történik, ha a huzal véges? Mi történik, ha a huzal helyett egy vezető golyónk van? Hol záródik az áram?

13 Indukált magnetoszféra A Naprendszer fizikája Vezető akadály (üstökös eredetű plazma) a mozgó mágneses térben (napszél, befagyás) Draping

14 Újszülött ionok és elektronok a napszélben A Naprendszer fizikája Konvektív elektromos tér Koordináta rendszer! H.f.: Poynting-vektor Együttmozgó ionra a Lorentz erő? Mi történik, ha nem mozog együtt? Extrém eset: álló részecske Pick-up max. sebesség 2xu nsz max. energia 4x gyűrűeloszlás Egy újszülött ion útvonala B és E terekben, cikloid mozgás E, és a cikloid mozgás a lapból kifelé néz, a cikloid „talpa” a B, síkban van. B és közötti szög körülbelül 90°, u nsz a napszélsebesség. E=-u nsz × B a lapból kifelé B, u nsz síkban u nsz

15 Sűrű üstökösplazma és napszél A Naprendszer fizikája Az alapfolyamat a pick-up, de sok ion együtt sok impulzust, energiát visz el – visszahat A napszél eltérül, lelassul (Indukált magnetoszféra csak így jöhet létre, hiszen különben a napszél elfújná az akadályt.) Eltérő skálákon eltérő megnyilvánulások Ha a jellemző méret sokkal nagyobb mint az ion girosugár – klasszikus „mass loading” pl. Halley Napszél lelassul, melegszik Erős hullámtevékenység Pick-up ionok (részben) termalizálódnak, beépülnek a napszél áramlásba Ha összemérhetők, vagy a girosugár a nagyobb – „anomális m.l.” pl. C-G Napszél eltérülés – egészen 180 fokig Ion energia változás (lassulás) nem (alig) észlelhető Lényegében nincsenek hullámok Pick-up ionok nyalábban – irányuk a napszél eltérülés függvénye Hogy lehet ennyire eltérő?!

16 A Naprendszer fizikája Deflection: 30⁰ Deflection: 45⁰ Deflection: 90⁰ Solar wind disappears! Comet Terminator orbit

17 Ionpopulácók A Naprendszer fizikája Napszél ionok: H+, He++ két jól meghatározott sávban 1000 és 2000 eV körül (nyomokban H- és He+ is töltéscsere miatt) Lokális ionizáció – hideg ionok, amelyeket az űrszonda töltése vonz a detektorba Miért is van a szondának töltése? Üstökös eredetű energikus ionok

18 A Naprendszer fizikája – 1000 eV Nap irányára merőleges sebesség komponens ellentétes a napszél eltérülés irányával – kezdődő pick-up Jelentős Nappal ellentétes irányú komponens – ambipoláris elektromos tér a pick-up ionok és elektronok szétválasztása miatt Minél távolabb vagyunk a magtól, annál gyorsabbak Legbelül nincsenek – Miért? A kívül felgyorsult ionok befelé haladva a semleges atomokkal való ütközések során fokozatosan lelassulnak, beleolvadnak a termikus háttérbe

19 A Naprendszer fizikája Fast ions Slow ions 18

20 Diamágneses üreg A Naprendszer fizikája Véges vezetőképességű anyagba a mágneses tér idővel behatol Így az üstökös körül mindenhol nem nulla teret kellene mérnünk Nem így van – elegendően nagy aktivitásnál az üstökös közelében nulla a tér – ez a diamágneses üreg Első felfedezés: Giotto a Halley-nél 2., 3., … 650. felfedezés – Rosetta a C-G –nál Magyarázat: A mágneses tér ugyan folyamatosan diffundál befelé a plazmába, de a plazma áramlik kifelé a semleges gázzal együtt. Ahol a kiáramlás sebessége nagyobb a diffúzió sebességénél, az aktivitás „kifújja” a teret

21 Diamágneses üreg a részecske mérésekben A Naprendszer fizikája Mágneses zavarok a szondán – offszetek A mért tér nem nulla – nehezíti a keresést Részecske jelek Az üreg közelében kisebb intenzitás a 100 eV körüli elektron populációban Semlegesek hűtik? Az üregben leesik a 200 eV körüli elektron beütésszám Erővonalhoz kötött energikus populáció, ami ez erővonalakkal együtt kiszorul Hideg elektronok sűrűsége 2-3- szorosára ugrik a határon Mágneses tér megállítja Ion intenzitás növekedés a határon Szonda potenciál?

22 Észlelések térbeli eloszlása – az üreg alakja A Naprendszer fizikája Burkológörbe: ellipszis Sokszoros átmenetek Szuszog? Hullámzik? Ujjasodás, leváló „cseppek”? Sokkal nagyobb mint vártuk

23 Instabilitások, az üstökös dala A Naprendszer fizikája Instabilitások következtében az üstökös közelében hullámok gerjednek 40mHz körüli csúcs frekvencia Modulált Alacsonyabb aktivitásnál jellemző

24 Globális szerkezet – nagy vonalakban A Naprendszer fizikája Kiterjedt semleges atmoszféra Legtávolabb: kis sűrűség, a napszél szinte zavartalan, pick-up Beljebb: a plazmasűrűség nőni kezd, pick-up ionok és elektronok szétválnak, gyorsítási tartomány Még beljebb: sűrű semleges gáz lassítja az ionokat, hűti az elektronokat – lassítási tartomány Ezen belül nem látunk gyorsított ionokat Legbelül: diamágneses üreg ? Lökéshullám ? – nagy aktivitásúaknál igen, kicsiknél valószínűleg nem ? Kometopauza ? – ameddig a napszél behatol; van éles határ?

25 A Rosetta misszió A Naprendszer fizikája Két fő komponens keringő egység (anyahajó, Rosetta) névleges működési periódus (tudományos mérések): leszállástól 2015 végéig végigköveti az aktivitás változását 11 műszer(csoport): Kamerák: mikrohullám, IR, látható, UV (MIRO, OSIRIS, VIRTIS, ALICE) lokális (in situ) mérések (COSIMA, GIADA, MIDAS, ROSINA, RPC) radio science (RSI, CONSERT) leszálló egység (Philae ) névleges működési periódus: leszállástól, amíg működik (néhány nap – néhány hónap) 10 műszer(csoport): APXS, COSAC, Ptolemy, ÇIVA, ROLIS, CONSERT, MUPUS, ROMAP, SESAME, SD2 Elsőként: áll pályára egy üstökös körül vizsgálja részletesen követi végig az aktivitást kezdetektől a maximumig Elsőként: száll le és vizsgálja a helyszínen a magot

26 Céljai A Naprendszer fizikája Az üstökösök egyidősek a Naprendszerrel Megismerésükkel a Naprendszer keletkezésének folyamatiba nyerhetünk bepillantást Az üstökösök felszín alatti rétegei 4,5 milliárd éves ősanyagot rejtenek, míg a felszínen teljesen egyedi, komplex kémiai folyamatok zajlanak (UV sugárzás, ionok, elektronok, sztatikus töltések + víz, szén, nitrogén, stb.) Lehetséges, hogy a földi víz üstökösökből származik – ellenőrizhető Lehetséges, hogy komplex molekulák is érkeztek a Földre üstökösökkel Alapvető fizikai folyamatok „laboratóriuma”.

27 Magyar részvétel A Naprendszer fizikája Philae lander Központi számítógép tervezése és szoftvere (Wigner) Energiaellátó rendszer (BME) Műszerek (plazma, por, EK) Rosetta keringő egység RPC működtetés és adatfeldolgozás (Wigner)

28 Ellenőrző kérdések A Naprendszer fizikája Írja fel a napszél elektromágneses terének Poynting vektorát napszél ill. Naphoz rögzített koordinátarendszerben, B és u nsz függvényében. Milyen sebességgel áramlik a mágneses energia? Az eredmények milyen kapcsolatban vannak a tér befagyásával? 2.Milyen lesz egy a napszélbe helyezett vezető félsík mágneses tere? (A félsík éle merőleges, lapja párhuzamos az áramlással; tranziensek utáni stacionárius tér a kérdés, konstansok erejéig.) 3.Mekkora az üstökös közelében, gömbszimmetrikus esetben az elméleti ionsűrűség? (Üstökös eredetű hideg ionok.) 4.Milyen ionpopulációk mérhetők a C-G üstökös körül? (Megnevezés, energiák) 5.Mi a diamágneses üreg, és miért alakul ki? 6.Hogyan jelenik meg a diamágneses üreg a részecske adatokban? 7.Mi a „mass-loading” és mik a klasszikus esetének jellemzői?


Letölteni ppt "9. Üstököskutatás Németh Zoltán A Naprendszer fizikája 20161."

Hasonló előadás


Google Hirdetések