Hasonlóságok és eltérések a különböző égitestek fejlődéstörténetében (ismétlés, összefoglalás) A Naprendszer földrajza és geológiája kurzus ELTE TTK, 2012.05.15.
Fejlődést befolyásoló általános tényezők • összetétel • helyzet a formálódó ősködben • távolabbról érkező becsapódó égitestek • átalakulás mértéke: • tömeg (belső hőforrások, gravitációs tér, kigázolgás) • szomszédok árapályhatása
Energiaforrások 1. Energiaforrások a változásokhoz (hol, mikor) • radioaktív bomlás • exoterm kémiai reakciók • napsugárzás • kozmikus sugárzás drive Science 53 (2005) 749–769(egy-egy burok vagy egész belső, folyamatos/szakaszos)
2. Energiatranszport (felszabadult energia elvándorlása) • sugárzás • csak magas hőmérsékleten eléggé átlátszó az anyag és rövid a hullámhossz (pl. Föld magja) • hővezetés • túl lassú ahhoz, hogy a Föld milliárd éves időskálán lehűljön • konvekció: • képlékeny közeg szükséges
Gázbolygók, holdjaik és gyűrűik, ELTE TTK, planetológia, Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, Magyar Csillagászati Egyesület
Belső jellemzők, belső energiaforrások 3. Belső energiaforrások a változásokhoz (hol, mikor) • gravitációval kapcsolatos: • összeállás (felszínen, kezdetekben)
Gázbolygók, holdjaik és gyűrűik, ELTE TTK, planetológia, Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, Magyar Csillagászati Egyesület
Belső jellemzők, belső energiaforrások 3. Belső energiaforrások a változásokhoz (hol, mikor) • gravitációval kapcsolatos: • összeállás (felszínen, kezdetekben) • kompakció (belsőben, kezdeteken)
Belső jellemzők, belső energiaforrások 3. Belső energiaforrások a változásokhoz (hol, mikor) • gravitációval kapcsolatos: • összeállás (felszínen, kezdetekben) • kompakció (belsőben, kezdeteken) • becsapódás (felszínen, főleg kezdetekben)
Gázbolygók, holdjaik és gyűrűik, ELTE TTK, planetológia, Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, Magyar Csillagászati Egyesület
Belső jellemzők, belső energiaforrások 3. Belső energiaforrások a változásokhoz (hol, mikor) • gravitációval kapcsolatos: • összeállás (felszínen, kezdetekben) • kompakció (belsőben, kezdeteken) • becsapódás (felszínen, főleg kezdetekben) • hűléses zsugorodás (mindenhol, kivétel a víz megfagyásakor, később)
Gázbolygók, holdjaik és gyűrűik, ELTE TTK, planetológia, Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, Magyar Csillagászati Egyesület
Belső jellemzők, belső energiaforrások 3. Belső energiaforrások a változásokhoz (hol, mikor) • gravitációval kapcsolatos: • összeállás (felszínen, kezdetekben) • kompakció (belsőben, kezdeteken) • becsapódás (felszínen, főleg kezdetekben) • hűléses zsugorodás (mindenhol, kivétel a víz megfagyásakor, „később”) • tágulás (főleg külső szférákban, jeges égitesteknél „később”) – ez hűti is az égitestet, miközben mechanikai átalakulással jár
Gázbolygók, holdjaik és gyűrűik, ELTE TTK, planetológia, Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, Magyar Csillagászati Egyesület
Belső jellemzők, belső energiaforrások 3. Belső energiaforrások a változásokhoz (hol, mikor) • gravitációval kapcsolatos: • összeállás (felszínen, kezdetekben) • kompakció (belsőben, kezdeteken) • becsapódás (felszínen, főleg kezdetekben) • hűléses zsugorodás (mindenhol, kivétel a víz megfagyásakor, később) • tágulás (főleg külső szférákban, jeges égitesteknél „későn”) – ez hűti is az égitestet, miközben mechanikai átalakulással jár • belső differenciáció (belsőben, kezdetekben / folyamatosan)
Gázbolygók, holdjaik és gyűrűik, ELTE TTK, planetológia, Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, Magyar Csillagászati Egyesület
Belső jellemzők, belső energiaforrások 3. Belső energiaforrások a változásokhoz (hol, mikor) • gravitációval kapcsolatos: • összeállás (felszínen, kezdetekben) • kompakció (belsőben, kezdeteken) • becsapódás (felszínen, főleg kezdetekben) • hűléses zsugorodás (mindenhol, kivétel a víz megfagyásakor, később) • tágulás (főleg külső szférákban, jeges égitesteknél „későn”) – ez hűti is az égitestet, miközben mechanikai átalakulással jár • belső differenciáció (belsőben, kezdetekben / folyamatosan) • árapály (~mindenhol de nem gömbszimmetrikusan, időben csökkenő vagy kváziperiódikus)
Gázbolygók, holdjaik és gyűrűik, ELTE TTK, planetológia, Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, Magyar Csillagászati Egyesület
Belső jellemzők, belső energiaforrások 4. Egyensúly megbomlása időben: Nettó melegedés (nagyobb energiatermelés): • árapály: rezonancia zónába be-, kikerülés • viszkozitás csökken differenciáció gyorsul • becsapódások: kezdeti, LHB, későbbi véletlenszerű • kritikus hőmérsékleten beinduló energiatermelő reakciók, fázisátalakulások • üvegházhatás erősödése • pályaelem változások besugárzás nőhet Nettó hűlés (gyorsabb energiatranszport): • árapály: rezonancia zónából kikerülés • viszkozitás csökkenés: gyorsuló konvekció • kritikus körülmények között beinduló energiaelnyelő reakciók • üvegházhatás gyengülése • pályaelem változások besugárzás gyengülése
Enceladus excentricitásának változása az Enceladus-Dione 2:1 rezonanciában Icarus 193 (2008) 213–223, Tidal evolution of Mimas, Enceladus, and Dione, Jennifer Meyer ∗, Jack Wisdom
Gázbolygók, holdjaik és gyűrűik, ELTE TTK, planetológia, Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, Magyar Csillagászati Egyesület
Belső jellemzők, belső energiaforrások 5. Egyensúly megbomlása térben: • koncentrált hőfelszabadulás • radioaktív elemek koncentrálódása pl.: Hold: inkompatibilis elemek felhalmozódása olvadás a felső köpenyben 3.2-3.8 milliárd éve mare bazaltok
Gázbolygók, holdjaik és gyűrűik, ELTE TTK, planetológia, Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, Magyar Csillagászati Egyesület
Hol „csapódik” le az energia, és okoz átalakulást? Példák: • légköri elnyelés / felszínre áteresztés melegedés helye • képlékeny / rideg deformáció határa törés vagy hőszállító konvekció (pl. Europa jégvastagság) • száraz / jeges regolit változó hőkapacitás és hővezető képesség (pl. Mars) • fázisátalakulások helye (látens hő felszabadulás) (pl. jégholdak)
Energia termelés + energia transzport + energia vesztés hőfejlődés, hőtörténet
belső hőtörténet (vukanizmus, tektonizmus, forgási jellemzők)
felszíni hőtörténet (jégkorszakok, üledékképződés, felszín lepusztulás)
Gázbolygók, holdjaik és gyűrűik, ELTE TTK, planetológia, Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, Magyar Csillagászati Egyesület
Fejlődési „útvonalak” • „túl kicsi” bolygó: • akkréciós hő nem marad meg tartósan (kisbolygók) • radioaktív hő gyorsan kisugárzódik • „túl nagy” bolygó: • akkréciós hő megmarad (pl. Jupiter) • radioaktív hő lassan sugárzódik ki (pl. Föld: keletkezése óta nőtt a belső átlaghőmérséklete) • melegedéstől „puhul” az anyag gyorsul a konvekció és a hővesztés • túl sűrű légkör: • melegedés felhőoszlatás átlátszóság növekedése hűlés • túl ritka légkör: • hűlés, illók befagyása
Fejlődési „útvonalak” • egyirányú fejlődés (ált. lassú hűlés, Ceres, Vesta) • lassú melegedés: napsugárzás erősödése milliárd éves időskálán (Mars és Titan „feléledése”, Föld „felforrása” a jövőben, nem a múltban) • egyszeri események (Merkúr és Hold második vulkáni időszaka, jégholdak egyszeri rezonancia állapotai) • ciklikus jelenségek (Európa: periodikus árapályfűtés rezonanciája, Mars: ciklikus pályaelem változások, Vénusz: belső „túlnyomás kieresztése”) Egy égitest a fentiek közül többet is mutathat fejlődése során.
Europa excentricitás és árapály eredetű hőtermelés
Holdrendszerek fejlődése - eltérés a bolygórendszerektől • óriásbolygó korai hősugárzás • napszéltől védő magnetoszféra • erős pályarezonanciák, árapályfűtés • kölcsönható égitestek • holdak közötti anyagcsere • hold-bolygó anyagcsere erővonalak mentén • anyagkidobódás • tórusz képződés, magnetoszféra feltöltése részecskékkel • gyűrűk utánpótlása (Enceladus E-gyűrű) • anyag hullása (pl. Europára kén az Ioról) • vezető/követő oldal eltérő • aszimmetrikus meteorikus bombázás • aszimmetrikus magnetoszferikus bombázás
Gázbolygók, holdjaik és gyűrűik, ELTE TTK, planetológia, Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, Magyar Csillagászati Egyesület
Végeredmény - kőzettani fejlettség • differenciáció mértéke (pl. Callisto-Ganymedes-Europa) • kémiai rétegesség (pl. földi köpeny S tartalom < marsi köpeny) • fizikai rétegesség • illószféra utánpótlás a mélyből • hasonló szerkezet, noha eltérő összetétel • külső szilárd burok • belső képlékeny zóna • mindez időben is változhat (hűlés – szilárdulás) Égitest fejlettsége: • szerkezet • felszíni összetétel • felszínformák kora, változatossága
Égitest fejlettsége
globális domborzat is jelzi
• hipszografikus görbe • maximumok száma kőzetburok típusok száma Megfigyelést befolyásolja: • mélyebb területek eltemetése • Föld: óceánok • Vénusz: lávasíkságok?
Vénusz
Hold Föld
Mars Gázbolygók, holdjaik és gyűrűik, ELTE TTK, planetológia, Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, Magyar Csillagászati Egyesület
Végeredmény: belső szerkezet
tömeg
átalakulás mértéke domináns tényező a radioaktív hőforrás
Föld
Mars
Merkúr
Hold
+
- (ősi)
+
-
+ + (víz) + + (asztenoszf.)
+ - (ősi) + +
+ + +?
+ + +?
+ (szilikát)
+
+
+
+ (folyékony vas)
+
+
+?
+ (szilárd vas)
+
+
+
Gázbolygók, holdjaik és gyűrűik, ELTE TTK, planetológia, Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, Magyar Csillagászati Egyesület
Végeredmény: belső szerkezet
átalakulás mértéke nem tömeg függő domináns tényező az árapályhő Europa
Titan
Ganymedes
Hold
+
-
+
- (ősi)
(+) + + (víz)
+ + + + (víz)
(+) + + (víz)
+ + +?
+ (szilikát)
+ (jég)
+ (jég)
+
-
-
-
+?
+
+
+
+
Végeredmény – néhány összefüggés • belső hő vulkanizmus légkör pótlás üvegházhatás magasabb hőmérséklet intenzívebb mállás • belső aktivitás globális lemeztektonika anyagkörforgás légkör megújítás… • olvadt belső magnetoszféra légkör védelem
Globális trendek: • Vénusz melegedés víz elpárolgás • Mars hűlés • légkör csökkenés • betöményedő vizek (nincs anyagkörforgás) • szárazodó vulkánkitörések robbanásos aktivitás helyett lávaömlés Egyedi érdekességek: • ciklikus felszínfejlődés • holdrendszerek időszakos árapályfűtés • Mars tengelyferdeség változása besugárzás változása éghajlat változása
Végeredmény – felszínformák
Vénusz
Mars
• omlások : eltérő égitesteken is • nem kell hozzá légkör
Hold
Calisto
Eros
Callisto
Europa
Végeredmény – felszínformák • tektonikus felszínformák (speciális eset: külső hatásra kisbolygókon is)
Végeredmény – felszínformák • vulkanikus felszínformák: eltérő összetétel, néhol hasonló formák Mars
Europa
Triton
Ganymedes
Io
Vénusz
Égitestek közötti kölcsönhatások (Napot kihagyva) • árapály • anyagcsere • Io kénes vulkanizmus Europa jégpáncéljában kénbessav, kénsav jég recirkuláció savas anyag az óceánba • Enceladus gejzírek H2O űrbe Szaturnusz magnetoszférikus szállítás Titan légkörébe oxigén jut redukáló légkör kémiai befolyásolása • pánspermia elméletek
Végeredmény – felszínformák • illó szféra: • felszíni kifagyás, jégsapka, folyók, tavak
Végeredmény – felszínformák • illó szféra: • felszíni kifagyás, jégsapka, folyók, tavak • felhők, ködök
Vénusz
Triton
Mars
Vénusz Titan
Végeredmény – felszínformák • illó szféra: • felszíni kifagyás, jégsapka, folyók, tavak • felhők, ködök • felszíni szélformák • kell hozzá légkör • bioszféra ?
Vénusz
Titan
Vénusz
Mars
Föld
Mars
Triton
Körfolyamatok • anyagkörforgás: Föld / Mars
Jegyszerzés • vizsga ZH • május 22., kedd 16.00-17.30, 0-823 Kitaibel Pál terem • június 12., kedd 16:00–17:00, déli tömb, 0-823 Kitaibel Pál terem
