CSILLAGÁSZAT A NAPRENDSZER

CSILLAGÁSZAT A NAPRENDSZER ÁLTALÁNOS JELLEMZÉS A Naprendszer kifejezés, mint ahogyan azt a két szó összetétele is mutatja, központi csillagunkhoz: a Naphoz tartozó égitestek rendszerét jelenti. A Nap kitüntetett helyet foglal el benne, gravitációs hatása és sugárzása uralja a rendszert. A Naprendszerhez tartozó objektumokat a Nap, hatalmas tömegéből származó erős gravitációs terével tartja maga körül záródó pályán. A Naprendszer égitesteinek nagyrésze egy sík közelében, ugyanabban az irányban kering. (Ez a Föld északi pólusa felől nézve az óramutató járásával ellentétes irány, amelyet direkt iránynak neveznek, az ezzel ellenkezőt pedig retrográdnak.) A Naprendszer határát ugyanúgy nehéz meghúzni, mint pl. a Föld légkörének határát. Általában a Naprendszerhez tartozó égitestnek szoktuk tekinteni azt az objektumot, amely a Naptól mért két fényéves távolságon belül helyezkedik el. Kialakulása: Tagjai: - Nap+bolygók egyidejűleg - Nap (a N. tömege 750-szer nagyobb, mint a többi bolygóé - ~ 5 milliárd éve összesen) - valószínűleg egy kvazárrobbanás miatt keletkezett egy - 9 bolygó nagy anyagfelhő, ebben a nehéz elemek is benne voltak - kb. 100 000 kisbolygó - a felhő sűrűsödött – perdülete van (forog) – anyagcsomók - üstökösök, meteorok leválnak – bolygóvá válnak - csillagközi anyag Föld típusú bolygók (belső bolygók): Merkúr, Vénusz, Föld, Mars: Közel vannak a Naphoz, kisebbek, sűrűbbek, szilárd felszínnel rendelkeznek, csak a nehéz elemek maradtak bennük, magas olvadáspontú anyagokból állnak (ionos, kovalens kötések) Jupiter típusú bolygók (külső bolygók): Jupiter, Szaturnusz: Óriásbolygók, nagy tömeggel, H és He keverékéből állnak, kevés C, N, O, egyéb, nincs szilárd felszínük (gáz+folyadék keverékek) Uránusz, Neptunusz: Az előző kettőnél kicsit kisebb a tömegük, ezért a hidrogént és héliumot nem tudták megtartani (hőmozgás!) CH4, NH3, H2O, de főleg fagyott állapotban Habár a Plútó külső bolygó, de igazán mégsem sorolható egyik csoportba sem. Anyaga és mérete szerint Föld típusú, de biztosan nem azokkal együtt alakult ki. Jellemzésénél kitérünk erre a problémára is. A Naprendszer bolygói a Naptól való távolság sorrendjében: Merkúr, Vénusz, Föld, Mars, Jupiter, Szaturnusz, Uránusz, Neptunusz, Plútó

A NAP Működése Önszabályozó magfúzió: 1 s alatt 600 millió tonna hidrogén alakul át héliummá, miközben 4 millió tonnával kisebb lesz a tömege, mivel energiaként (hő, fény) szétsugárzódik a világűrbe az E=mc2 értelmében. A XX. századig nem tudták elképzelni, hogy mi „fűti” a Napot!! Forog a saját tengelye körül (25 földi nap), differenciális rotáció

Szerkezete Belseje: Mag: 15 millió kelvin fokos hőmérséklet Felszín: 6000 kelvin körüli hőmérséklet innen jut a fény a szemünkbe.

A BOLYGÓK JELLEMZÉSE Merkúr - a Holdéhoz hasonló kráteres felszín - kis tömege és napközelsége miatt alig van légköre (a kevés He cserélődik) - 1 nap = 59 földi nap, 1 év = 88 földi nap - lassú tengelyforgása miatt nagy a hőmérsékletkülönbség az éjszakai és a nappali oldala között: A +440 C és –170 C közötti ingadozás rekord a Naprendszerben - holdja nincs Vénusz - Esthajnalcsillag! - 1 nap = 243 földi nap, 1 év = 225 földi nap! (egy nap hosszabb, mint egy év…) - magas légköri nyomás (a földi 90-szerese), egyenletesen magas hőmérséklet (490 C körül), erős szelek, porviharok (akár 300 km/h körüli sebességű) - légköre 96 % CO2, 3,4 % N2, a felhők kénsav és sósav tartalmúak: az üvegházhatás jelentős! - felszíni formák alig vannak: a maximális szintkülönbség 100 m körüli - holdja nincs Föld - az egyetlen bolygó a Naprendszerben, ahol élet fejlődött ki (szerencsés távolságban vagyunk a Naptól!) - egy holdja van (de van egy „porholdja” is!) - tengelydőlése miatt évszakok vannak Mars - kicsi tömege (1/10 Föld) miatt ritka a légkör a ritka légkör miatt viszont kicsi légnyomás (a földi 0,7 %-a) erős az UV-sugárzás ,a felszíntől emelkedve gyorsan csökken a hőmérséklet - a légkör összetétele: CO2 95 %, N2 2,7 %, Ar 1,6 % - jellegzetes felszíni alakzatok: pajzsvulkánok (pl. Olympos Mons: 22 km magas, 600 km átmérőjű, a Naprendszer legnagyobb vulkánja! Kiszáradt folyóvölgyek, kiszáradt tengeralapzatok, az egykori élet feltételeit biztosíthatták kráterek (vulkáni és meteor), portengerek (FeO tartalmú, ez adja a Mars jellegzetes vörös színét) - holdjai: Phobos és Deimos

Uránusz - 1781. március 3.. Herschel fedezte fel - szinte „fekszik”. A keringési síkjával 8-ot zár be a forgástengelye - vékony gyűrűje van - 82 éves keringési periódus - 5 nagy holdja: Ariel, Umbriel, Titánia , Oberon (Shakespeare!) + kicsik Jupiter - nincs szilárd felszíne: gázok és folyadékok alkotják (90 % H, 10 % He, + egyéb egyszerűbb vegyületek) - kicsi a sűrűsége  csíkos, párhuzamos szerkezetű felhőzet, örvények (pl. Nagy Vörös Folt) - 1,7-szer több energiát sugároz, mint amennyit elnyel: saját energiatermelése van! (emiatt nincsenek évszakok sem, pedig 30-os tengelydőlése van) - gyűrűje van (vékonyabb, halványabb, mint a Szaturnusznak) - 318 földtömegű - 16 holdját ismerjük, a négy legnagyobb a Galilei féle holdak. Io, Europa, Ganymedes, Callisto Szaturnusz - 95 földtömegű - jellegzetes gyűrűrendszere van: általában koncentrikusak, milliméterestől a méteres nagyságrendig terjedő „kavicsok” alkotják, nagyon vékony (kb. 15 km) - gyors tengely körüli forgás (10 óra 14 perc  lapultság) - 11 holdja van, a legnagyobb: Titán Neptunusz - 1846. szept. 23. Galle - gyűrűje van - 2 nagy holdja: Triton, Nereid + kicsik Plútó - 1930. febr. 18.: Clyde Tombough (Parsival Lowell!) - a Föld tömegének 5 százaléka (nagyon kicsi) - 248 év keringési idő - 1979-2000: a Neptunusz a legkülső bolygó! - holdja. Charon

KISBOLYGÓK A kisbolygó elnevezéssel azokat az égitesteket szokták illetni, amelyek a Föld-típusú bolygókhoz hasonló összetétellel rendelkeznek, de mégsem tartoznak ebbe az osztályba. Méretük a deciméteres, méteres nagyságtól a néhány száz km-es átmérőig terjed. Legnagyobb képviselőik alakja közel gömbszimmetrikus, a kisebbeké szabálytalan. Többségük a Mars és a Jupiter pályája közötti térségben található, ezt nevezik kisbolygó- vagy aszteroidaövnek. Pályájuk általában elnyúltabb és nagyobb pályahajlású, mint a nagybolygóké, de azért az ekliptika síkjában mutatnak koncentrációt. Tengelyforgási idejük többnyire 4-20 óra közötti. Kis tömegük miatt légkörrel nem rendelkeznek, felszínüket kráterek borítják. Az eddig legalább egy alkalommal észlelt kisbolygók száma tízezer körüli, teljes számuk milliós nagyságrendű. Kb. 100 000 db (néhány méterestől a pár száz kmig); összeütközéskor mindenképpen aprózódnak! Sok magyar felfedezésű és magyar nevű van (emberekről nevezik el őket) Az egyértelműen azonosított kisbolygók először általában kódszámot kapnak (pl. B-612) ÜSTÖKÖSÖK Az üstökösök a Naprendszer egyik leglátványosabb égitesttípusát alkotják. Annak ellenére, hogy időnként rendkívül feltűnőek, valójában kisméretű, nehezen megfigyelhető, sötét objektumok. Csak a Nap közelében tündökölnek látványosan, központi csillagunktól távol az észrevétlenség homályába burkolóznak. Az üstökös lelke az üstökösmag. Ez egy km-es, néhány tíz-száz méteres objektum, szén, szilikát és egyéb szilárd szemcsékből áll, melyeket nagy mennyiségben jelenlévő fagyott gázok ragasztanak össze (főleg vízjég, ammónia, metán, széndioxid, szénmonoxid). Több szempontból is a kisbolygókra hasonlítanak,

azoktól csak naptávolságban és összetételben különböznek. (A kisbolygók tulajdonképpen a Naprendszer belső területén kialakult "száraz üstökösmagoknak" tekinthetők. A Nap körül keringenek ellipszis pályán Hosszú periódusúak: akár 1 millió éves visszatérésű is lehet (kb. 600-at ismerünk) Rövid periódusúak: 200 éven belül visszatérnek (2120-at ismerünk, ők is hosszúper-ként „kezdték”) Az óriásbolygók befolyásolhatják a pályáikat. Csóva: a napszél és a fénynyomás lefújja a kómát (por és ion Felépítés: „piszkos hógolyó”: napközelben felolvad, párolog csóva) Mag: néhány km-es, szilárd több tíz millió km-es is lehet, de nagyon ritka Kóma: gázfelhő, az olvadás-párolgás eredménye a Nappal ellentétes irányú: „tolhatja” a csóvát Halley-üstökös: 76 évenként, (1986) Hale-Bopp: 3200 évenként (1997) METEOROK Kialakulás: Az üstökösök magjából a fagyott anyag elpárolog, csak a por és kőzetek maradnak A „kavicsok” széthúzódnak az egykori üstökös pályáján: meteorraj Általában néhány köbcentisek, ritkán nagyobbak 20-30 km/s sebességűek „Hullócsillag”: a Föld keresztezi a meteorraj pályáját: akkor a légkörben súrlódás, fékeződés, felizzás  fény, hő, ionizálás (az 1 milligrammos már nyomot hagy az égen) Bolygóközi anyag A bolygóközi (interplanetáris) anyag kifejezés alatt azt a ritka anyagot értjük, amely a Naprendszerben a bolygók közötti térségben található. Két fő összetevőre bontható: bolygóközi gázra és porra. Bolygóközi gáz: főleg ionizált hidrogénből és héliumból, azaz protonok, elektronok és alfa részek elegyéből áll. Ennek fő forrása a Nap, ahonnan nagysebességgel áramlanak kifelé. A gáz nagy része ionizált állapotban van, ezt szokták napszélnek nevezni, amelynek intenzitása a Nap aktivitásának megfelelően változó. A plazma elektromos vezetőképessége révén mágneses teret is visz magával, ez hozza létre az interplanetáris mágneses teret. Bolygóközi por: nagy, lapult ellipszoid alakban veszi körül a Napot, szimmetriasíkja az ekliptika. Tulajdonképpen a kisbolygók, üstökösök és a kis porszemek között folyamatos az átmenet, a méretskála minden részén találunk szilárd testeket, ez a porfelhő főleg 0,1-0,001 mm-es szemcsékből áll. A porszemcséken szóródó napfényt szabad szemmel is meg lehet figyelni, mint halvány derengést az ekliptika síkjában, ezt nevezik állatövi fénynek. A Tejútrendszer A csillagok nem egyenletesen elszórva találhatók a Világegyetemben, hanem hatalmas formációkba csoportosulnak, amelyeket relatíve üres térségek választanak el egymástól. Az ilyen csillagcsoportosulásokat nevezzük galaxisoknak, ezek tagjai nemcsak térben, hanem származásukat tekintve is egységet alkotnak. A galaxisokat tagjaik egymásra kifejtett gravitációs vonzóereje tartja össze. Minden egyes csillag önálló pályán kering a galaxis középpontja körül. (A csillagok mozgásának kiszámítása nem könnyű feladat, mivel nemcsak a galaxis centrumának gravitációs ereje hat rájuk, hanem a környezetükben lévő többi csillag és egyéb objektumok is.) Azt a galaxist, amelynek a mi Napunk is tagja, Tejútrendszernek nevezzük. Ez típusát tekintve spirális galaxis, kora nagyságrendileg 14-16 milliárd év. (Egyelőre nem tudjuk megállapítani, hogy horgas vagy normális spirális galaxis-e.) Érdemes megjegyezni, hogy kölcsönható galaxis, erről bővebben a "Lokális Halmaz" című fejezetben olvashatunk. Tejútrendszerünkben a látható anyag tömege nagyságrendileg 10 11 naptömeg, míg a láthatatlan anyag mennyisége ennek kb. 10szerese. 100-200 milliárd csillagot tartalmaz, melyek eloszlása nem egyenletes. AZ UNIVERZUM KIALAKULÁSA A Világegyetem kb. 15 milliárd évvel ezelőtt egy ősrobbanásból született meg. A hirtelen tágulással a hőmérséklet csökkent, a mérete nőtt. A gravitáció miatt az ősi gázokból álló felhők galaxisokká 11

csomósodtak. Egy ilyen galaxis a Tejútrendszer, mely több milliárd csillagot (10 ) tartalmaz. A tejútrendszer oldalról nézve egy diszkoszhoz hasonlít, felülről nézve spirálkarok láthatók. Átmérője kb. 100 ezer fényév. Egy ilyen spirálkarban van a Naprendszer. A Naprendszer kb. 5 milliárd évvel ezelőtt alakult ki az örvénylő nehezebb elemekkel szennyezett gázból és porból a gravitációs összehúzódás hatására. A nehezebb elemek egy korábbi szupernóva robbanásból származtak. A Naprendszer az a tartomány, ahol a Nap gravitációs hatása erősebb, mint a többi csillagé. Sugara 2 fényév. -A Naprendszer tömegének 99,8%-a a Napban összpontosul. A Naprendszer központi égiteste a

Nap. Egy közepes méretű csillagnak számít. Saját fénnyel rendelkezik. Nagy része hidrogén, mely fúzióval héliummá alakul, miközben energia szabadul fel. A Napban találhatók még a héliumon kívül kis százalékban nehezebb elemek is. Életének a felénél tart, vagyis életének 10-11 milliárd évéből kb. 4-5 milliárd év van még hátra. Anyaga plazma. -A Nap is forog saját tengelye körül, de középen ez a forgás gyorsabb, mint a sarkoknál. -A Napnak is van mágneses tere. Az elektromágneses sugárzás minden fajtáját kibocsátja. -A Napot elhagyó, többnyire protonokból, elektronokból és héliumatommagokból álló részecskeáram a napszél. -A Napból egy fénysugár kb. 8 perc alatt ér el a Földre. Amíg csak a hagyományos távcsővel lehetett megfigyelni a Napot, addig közvetlenül nem lehetett tanulmányozni, hiszen akár rövid időn át történő Napba nézés is súlyos szemkárosodást, esetenként vakságot is okozhat. Ezért a korábbi megfigyeléseket úgy végezték, hogy a távcsővel előállított képet fehér ernyőre vetítették, és azt tanulmányozták. Ma már a távcső optikájába épített szűrők segítségével közvetlen megfigyelések is végezhetők. A Nap sugárzása az élet szempontjából elsődleges fontosságú. Korábban úgy gondolták, hogy a Nap által kisugárzott óriási energia a saját gravitációs mezője hatására történő összehúzódásból származik. Csak a XX. Század fizikája tudott válaszolni pontosan a Nap energiájának termelődésére. A Nap energiája a fúziós reakcióktól származik. A Nap külső alacsonyabb hőmérsékletű részeiben a hidrogén héliummá alakulása biztosítja az energiát. A Napban másodpercenként mintegy 600 millió tonna hidrogén alakul át héliummá. Az átalakulást a 2

∆E=∆m⋅ c egyenlet alapján kísérő tömegdefektus kb. 4 millió tonna. A Nap mélyebb, magasabb hőmérsékletű részeiben, a szén-nitrogén ciklusban végbemenő fúzió a számottevő. Ebben a folyamatban a szénatom magjába egymást követő lépésekben beépül 4 proton. Az így elkészült héliummag kisugárzódik, mint a fúzió végterméke. Ebben a folyamatban a szén katalizátorként jelenik meg, a folyamat végén teljes egészében visszakapjuk. A hidrogén csökkenésével és a hélium növekedésével nagyobb rendszámú elemek is képesek keletkezni. A vizsgálatok azt mutatják, hogy külső rétegei 73% hidrogénből és 25% héliumból állnak. A maradék 2%-ban találhatók a nehezebb elemek, mint a szén, 10

titán, magnézium, kalcium, alumínium. A Nap belsejében 10 -szer nagyobb a nyomás, mint a normál légköri nyomás. Ez az óriási nyomás arra törekszik, hogy a Nap anyagát szétszórja a gyakorlatilag nulla nyomású világűrbe. Ezt a szétszóró hatást erősíti a fénynyomás is. Ez ellen a szétszóró hatás ellen működik a gravitáció. A fogyatkozások kialakulása Holdfogyatkozás akkor következik be, ha a Hold a Föld árnyékkúpjába kerül. Ha a Hold az árnyékkúp tengelyén halad át, mindig teljes holdfogyatkozás lép föl. Ha a Hold holdtöltekor csak részben kerül a Föld árnyékkúpjába, részleges holdfogyatkozás jön létre. A holdfogyatkozás a napfogyatkozással ellentétben bárhonnan megfigyelhető. Napfogyatkozás akkor jön létre, amikor a Hold a Nap és a Föld közé kerül és a Hold árnyékkúpjának egy - legfeljebb 264 km átmérőjű - foltja a Föld felszínére vetődik. Amikor a Hold földközelben, a Föld pedig naptávolban jár (nyár), a Hold látszólagos átmérője nagyobb a Napénál. Ekkor jöhet létre teljes napfogyatkozás. A jelenség maximális időtartama 7.5 perc lehet. A teljes fogyatkozás zónáján kívül részleges fogyatkozás figyelhető meg. Amikor a Hold földtávolban, a Föld napközelben van (tél), a Nap látszólagos átmérője nagyobb a Holdénál, így a Hold nem tudja az egész napkorongot eltakarni, és gyűrűs napfogyatkozás jön létre. Maximális időtartama 12.5 perc. Napfogyatkozáskor megfigyelhetővé válnak a protuberanciák, a napkorona.

A csillagok nagy tömegű, saját fénnyel rendelkező égitestek. A legközelebbi ezek közül a Nap. Nem egyenletesen oszlanak el a térben, hanem galaxisokba tömörülnek. A világegyetemben mindenütt megtalálható hidrogénfelhők gravitációs összehúzódásából jönnek létre.Életük legnagyobb részében ezt a hidrogént fogyasztják a magban lejátszódó és energiát felszabadító fúziós reakciók során. Ezt az energiát elsősorban a fotonok szállítják a csillag felszíne felé. A csillag belseje azonban annyira sűrű, hogy a fotonok gyakran összeütköznek egy-egy atommaggal. Emiatt a fotonok kifelé nyomják a csillag anyagát (sugárnyomás). A csillagok fejlődését az összetömörült hidrogén tömege határozza meg. A csillagok tömege 0,1 és 30 Naptömeg között van.

Ha a csillag kezdeti tömege 0,1 Naptömegnél kisebb, akkor a gravitációs összehúzódás okozta felmelegedés nem elegendő ahhoz, hogy a hidrogénfúzió elinduljon. Az ilyen csillag a BARNA TÖRPE. Csak halványan izzik, majd kihűl, és FEKETE TÖRPÉVÉ válik. Ha a csillag kezdeti tömege 0,1 és 0,8 Naptömeg között van, akkor a gravitációs összehúzódás okozta felmelegedés hatására, megindul a hidrogén ⇒ hélium fúzió. Ha a hidrogént elhasználja, akkor a gravitáció Föld méretűre összeroppantja a csillagot, az felizzik, a csillagból FEHÉR TÖRPE lesz, és lassan kihűl. Ha a csillag kezdeti tömege 0,8 és 1,4 Naptömeg között van, akkor a gravitációs összehúzódás okozta felmelegedés hatására a megindul a hidrogén ⇒ hélium fúzió. Ha a belsejében elfogy a hidrogén, akkor az összehúzódáskor keletkező hő felmelegíti a csillag külső részeit, ahol elegendő hidrogén van a hidrogén ⇒ hélium fúzióhoz. A csillag külső része felfúvódik, nagy felületen sok energiát sugároz ki, a felszíne lehűl és VÖRÖS ÓRIÁS lesz.(A Nap ebbe az állapotba 5 milliárd év múlva jut) Eközben a csillag belsejében az összehúzódás miatt 100 millió fokra is megnő a hőmérséklet, újabb fúziós folyamatok indulnak be, kialakulnak a közepes rendszámú elemek. Végül, amikor minden energiája elfogy FEHÉR TÖRPÉVÉ, zsugorodik össze. Ha a csillag kezdeti tömege 1,4 és 10 Naptömeg között van, akkor a VÖRÖS ÓRIÁS állapotot követően a gravitációs összehúzódás miatt olyan magas hőmérséklet alakul ki, hogy a fúziós folyamatokban nehezebb elemek atommagjai is kialakulnak, amíg a csillag magja teljen egészében vassá nem alakul. Ekkor a vörös óriás belseje összeomlik, felmelegszik a csillag belső része, a vasnál nagyobb rendszámú atommagok is kialakulnak, de ez már energiaelnyeléssel jár. A csillag, anyagának jelentős részét kilöki a csillagközi térbe. Ez a jelenség a SZUPERNOVA-ROBBANÁS. A kidobódott magasabb rendszámú elemek bejuthatnak egy hidrogénfelhőbe, melyből később újabb csillagok képződhetnek. (Ilyen szennyezett hidrogénfelhőből jött létre a Naprendszer is.) A csillagból visszamaradt központi részben az elektronok és a protonok neutronná egyesülnek. Az összehúzódás addig folytatódik, amíg a csillag sűrűsége el nem éri az atommag sűrűségét. A végén egy kb. 20-30 km átmérőjű NEUTRONCSILLAG lesz. Ha a csillag kezdeti tömege 10 Naptömegnél nagyobb, akkor a SZUPERNOVA-ROBBANÁS után a NEUTRONCSILLAG összehúzódása nem áll le. A csillag olyan kicsivé húzódik össze, hogy a környezetéből a fény már nem tud távozni, FEKETE LYUK keletkezik. A gravitáció mindenek felett A gravitáció a legfontosabb kölcsönhatás a Világegyetem nagyléptékű szerkezetének vizsgálatakor, így érthető, hogy a csillagászati tananyagban is kiemelt szerephez jut. A gravitáció következtében léteznek égitestek, ez az ami a különböző objektumok anyagát összetartja. A gravitációs erő hatására kering a Hold a Föld körül, a bolygók a Nap körül, a csillagok a galaxisok középpontja körül, a galaxisok egymás körül, stb. A gravitációs erő hatására nehezednek a csillagok külső rétegei olyan nagy nyomással belsejükre, hogy ott akkora hőmérséklet és sűrűség uralkodjon, ami kedvez a termonukleáris fúziós reakciók lezajlásának. A Nap és az összes csillag energiatermelő folyamatai bizonyos értelemben a gravitáción alapulnak. A gravitáció határozza meg a Világegyetem jelenét és jövőjét.