A NAPRENDSZER FIZIKÁJA

Az előadások a következő témára: "A NAPRENDSZER FIZIKÁJA"— Előadás másolata:

1 A NAPRENDSZER FIZIKÁJA
SZEGŐ KÁROLY KFKI RÉSZECSKE- ÉS MAGFIZIKAI KUTATÓINTÉZET Letölthető:

2 Tartalom Mi a Naprendszer egy fizikus számára
Hogyan áramlik az anyag, impulzus, energia a naprendszerben, hol vannak a források és a nyelők Az áramló anyag különleges: HÍG PLAZMA. Ennek tulajdonságai Mit tudunk az áramló anyag kölcsönhatásairól, azaz hogyan működik a naprendszer A naprendszer fizikája elsődlegesen kísérleti fizika, eszközei az űrmissziók Élet a naprendszerben???

3 A Naprendszer az a térrész, amelyben a Nap anyaga a domináns
A Naprendszer az a térrész, amelyben a Nap anyaga a domináns. MI VAN AZON KÍVÜL? JELENLEG A NAP EGY LOKÁLIS INTERSTELLÁRIS FELHŐN HALAD KERESZTÜL EZ A FELHŐ AZ INTERSTELLÁRIS KÖRNYEZET ALACSONY SŰRŰSÉGŰ TARTOMÁNYÁBAN VAN EZT NEVEZIK LOKÁLIS BUBORÉKNAK A HELIOSZFÉRA MOZOG KÖRNYEZETÉHEZ KÉPEST, ANYAG ÁRAMLIK BE A NAPRENDSZERBE A TÁVOLABBI GALAKTIKUS KÖRNYEZETBŐL ÉRKEZIK A KOZMUKUS SUGÁRZÁS fényév 150

4 ADATOK: A NAPRENDSZEREN TÚL
Lokális Interstelláris Felhő: T~7000K, részben ionizált interstelláris gáz, kiterjedése 5-8 pc. Össztömege ~0.3 Mnap sűrűsége ~0.1 atom/cc Lokális buborék: alacsony sűrűségű üreg, sugara pc sűrűsége ~0.05 atom/cc Azon túl hideg, sűrű interstelláris anyag dominál (LISM). Relatív sebessége ~26 km/s, főképp H és He

5 A NAPBÓL KIÁRAMLÓ ANYAG
A Nap működése eredményeképp sugárzás és anyag áramlik ki, ezek zömmel töltött részecskék Ezt megfigyelhetjük napfogyatkozás alkalmából Robbanásszerű kiáramlást műszerekkel érzékelhetünk Az anyagáramlással impulzus- és energiaáramlás jár, ez szétterjed a Naprendszerben, kölcsönhatásba kerül a Naprendszer tárgyaival.

6 A NAP MÁGNESES TERE A Nap mágneses tere első közelítésben dipól
A felszínhez közel az erővonalak zártak A Nap működése során a pólusok 11 évenként megfordulnak Az aktivitás, a kiáramló anyag, napfoltok száma függ e periódustól

7 A NAPBÓL KIÁRAMLÓ ANYAG: A NAPSZÉL
A kiáramló anyag töltött részecskékből áll elektromágneses erők összecsatolják. Sűrűsége a Földnél kb. 10 részecske/cc A kiáramlás nem egyenletes A részecskék közötti elektromágneses kölcsönhatás miatt ez az anyag nem vákuum, a dielektromos állandó lényegesen más. A töltött részek és terek együttese: HÍG PLAZMA. Kvázi-semlegesség A híg plazmában csak elektromágneses hullámok terjednek, de ezek sebessége lényegesen eltér a fénysebességtől a dielektromos állandó miatt A napszél tulajdonságait a ULYSSES szonda mérte ki

8 MI A PLAZMA? A plazma olyan sokrészecske rendszer, amely zömmel töltött részecskékből áll. A plazma kvázisemleges. A részecskék közötti kölcsönhatás meghatározó A plazma viselkedésében a kollektív tulajdonságok dominálnak. Ha a kvázineutralitást megzavarjuk: elektromos tér gerjed, ennek hatására egy elektron az eE=mx” mozgás-egyenlet szerint pe=(4ne2/m) frekvenciával rezeg. Ezt a frekvenciát elektron plazmafrekvenciának nevezzük. A töltött részecskékre az elektromos és a mágneses tér egyaránt hat

9 HOGYAN VIZSGÁLJUK E KÖLCSÖNHATÁST? ŰRSZONDÁK SEGÍTSÉGÉVEL

10 HOGYAN MODELLEZZÜK E KÖLCSÖNHATÁST?
Két fő megközelítés: minden egyedi részecskére meghatározzuk a reá ható erőket (elektromágneses, gravitációs, stb.); majd a sok részecskés feladatot számítógépre bízzuk: EZ A SZIMULÁCIÓ Nem vizsgáljuk a folyamatot minden részecskére, csak az anyagmegmaradás, impulzusmegmaradás, energiamegmaradás egyenleteit vizsgáljuk. EZ A MAGNETOHIDRODINAMIKAI KÖZELÍTÉS. Ez meglepően szemléletes eredményt ad: a kölcsönhatás sokban hasonlít a folyadékok (gázok) áramlásához. A különböző akadályok körül kialakuló struktúrák hasonlóak.

11 FŐ KÉRDÉSEK AZ ŰRFIZIKA TERÜLETÉN
HOGYAN MŰKÖDIK EGYÜTT A NAP ÉS FÖLD, HOGYAN MŰKÖDIK A NAPRENDSZER HOGYAN MŰKÖDIK A NAP HOGYAN BEFOLYÁSOLJA A NAP A FÖLDI LÉTET HOL BIZTONSÁGOS A VILÁGŰR HOGYAN BEFOLYÁSOLJA A GALAXIS LÉTÜNKET MIT TANÍT A VILÁGŰR AZ ALAVETŐ FIZIKAI FOLYAMATOKRÓL

12 A BOLYGÓKÖZI PLAZMA EREDETE
A NAP A BOLYGÓK A CSILLAGKÖZI TÉR PLAZMÁJA (hideg plazma és kozmikus sugárzás) A BOLYGÓKÖZI SEMLEGES ANYAG IONIZÁCIÓJA (eredhet a csillagközi térből is)

13 A BOLYGÓK FELETT..

14 A TITÁN LÉGKÖRE, IONOSZFÉRÁJA

15 LESZÁLLÁS A TITÁNRA: 2005. JAN. 14.
A LESZÁLLÓ- EGYSÉG NYOMÁS A LESZÁLLÁS FÁZISAI

16 AZ IONOSZFÉRA, A BOLYGÓK MÁGNESE TERE AKADÁLYT JELENT AZ ÁRAMLÓ NAPSZÉLBEN
A napszélben a töltött részecskék és a mágneses tér együtt mozog. A napszélben áramló töltött részecskék és a mágneses tér áramokat indukálnak a bolygók körüli vezető anyagban Ez deformálja az akadály környezetében a plazmát: KIALAKUL A MAGNETOSZFÉRA Az akadály és az áramló plazma „beszélget”: hullámok keletkeznek, ez SZAKADÁSI FELÜLETEK kialakulásához vezet. A szakadási felületek nyomásegyensúlyi felületek: nyomás=dinamikus+mágneses+ termikus nyomás

17 EGY IZGALMAS EREDMÉNY:
A VOYAGER 1 SZONDÁT 1977-BEN LŐTTÉK FEL 2004 DECEMBER 16-ÁN, 94 AU TÁVOLSÁGRA A NAPTÓL, ÁTLÉPTE A NAPRENDSZER HATÁRÁT!!!! 2011 December 13: A NAP ANYAGA MÁR NEM ÉRZÉKELHETŐ

18 A NAPSZÉL ÉS A BOLYGÓK KÖLCSÖNHATÁSA TÖBBEK KÖZÖTT ANYAGVESZTÉSHEZ VEZET
FENT: EGY MODELL A NAPSZÉL ÁLTAL ELRAGADOTT ANYAGRA OLDALT: A VENUS EXPRESS SZONDA MÉRÉSEI A VÉNUS CSÓVÁJÁBAN

19 E KÖLCSÖNHATÁS BONYOLULT STRUKTÚRÁKAT ALAKÍT KI A MÁGNESES BOLYGÓK, PL
E KÖLCSÖNHATÁS BONYOLULT STRUKTÚRÁKAT ALAKÍT KI A MÁGNESES BOLYGÓK, PL. A FÖLD KÖRÜL: EZT MÉRIK A CLUSTER MISSZIÓ MŰHOLDJAIVAL A MÁGNESES PÓLUSOKNÁL BELÉPŐ NAPSZÉL EREDMÉNYEZI A SARKI FÉNYT

20 A KOZMIKUS KÖRNYEZETÜNKKEL VALÓ KÖLCSÖNHATÁS: ŰRIDŐJÁRÁS

21 NAPRENDSZERBE BEKERÜLŐ ANYAG KELETKEZIK A BOLYGÓK KÖRNYEZETÉBEN IS: A SZATURNUSZ PÉLDÁJA

22 GYŰRŰK Gyűrűk keletkezése még nem tisztázott. Lehetőségek:
Maradvány Szaturnusz keletkezésének idejéből Széttört aszteroid vagy üstökös maradványa Folyamatos megújulás Híg plazma réteg a gyűrűk felett A belső magnetoszférába beáramló anyag egyik forrása, a fontosabb, jeges holdak mellett

23 ENCELADUS, A FONTOS ANYAGFORRÁS
ELSŐ JEL: ZAVAR A MÁGNESES TÉRBEN AZ ANYAGKIÁRAMLÁS KÉPEI. FORRÁS: DÉLI PÓLUS KÖRNYÉKE A KIÁRAMLÓ ANYAG TÁVOLRA IS ELJUT Kiáramló gáz ~ kg/s !!! Kiáramló energia ~10 GW!!!

24 ENCELADUS FOLYT FORRÁS: „TIGRISKARMOK” ÉRTELMEZÉS: VÍZ A FELSZÍN ALATT

25 ANYAGKIÁRAMLÁS A RHEA HOLDBÓL
A SZATURNUSZ EGYIK JEGES HOLDJA A RHEA A JEGES FELSZÍNBŐL IGEN HÍG ATMOSZFÉRA KÉPZŐDIK AZ ATMOSZFÉRÁBÓL OXIGÉN ÉS SZÉNDIOXID ATOMOK ÉS IONOK TÁVOZNAK EL

26 A NAPRENDSZER KUTATÁSÁNAK EGYIK FŐ KÉRDÉSE:
HOGYAN KELETKEZETT A NAPRENDSZER ÉS AZ ÉLET A Spirit önarcképe A Spitzer teleszkóp organikus molekulákat lát újszülött csillagok környékén A Marson ez a felszíni rész egyszer nedves volt…

27 MENNYI AZ ÉLET VALÓSZÍNŰSÉGE A MARSON? A PHOENIX LANDER EREDMÉNYEI
STOKER ET AL., 2011, JGR-PLANETS, 115, E00E20 ÉLHETŐSÉGI INDEX: Plw a folyékony víz jelenléte Pe biológiailag hasznosítható energiaforrás Pch az élethez szükséges kémiai elemek jelenléte Pb „barát- ságos” környezet AZ ÉLHETŐSÉGI INDEX EZEK SZORZATA