15.
Jupiter en Saturnus zijn gasplaneten met een kleine
steenachtige kern; op hun afstand tot de zon bevriest
interstellair water het komt buiten de planeten dus
niet in dampvorm voor
De buitenste planeten, Uranus en Neptunus zijn wat
kleiner, hebben geen steenachtige kern, maar ijs
komt er veel in voor; men zou ze ijsplaneten kunnen
noemen
Wat dat betreft lijkt hun samenstelling op die van de
buitenste gordel van kleinere lichamen, zoals Pluto
De structuur van de
buitenplaneten
29.
Het scenario (schijf-instabiliteit) is onderzocht met
theoretische modellen
Het blijkt dat het groeiproces snel voortgaat
Planeten zoals Jupiter kunnen in één of enkele
honderden miljoenen jaren ontstaan
Wel blijkt baanmigratie op te zullen treden (vgl. onze
maan die ten gevolge van getijdenwerking steeds
verder van de aarde komt te lopen) – dit verklaart
gedeeltelijk de grote afstand van de grote
buitenplaneten tot de zon
Onderzoek van het groeiproces
36.
De eerste exoplaneet werd ontdekt in 1995
Op 2 september 2013 waren 942 exoplaneten ontdekt
Meest grote planeten, dicht bij een ster: hete Jupiters
Hier speelt een zeer sterk selectie-effect
Voorbeeld: de aarde loopt met 20 km/s om het
zwaartepunt van aarde en zon; dus beweegt de zon
(300 000 maal meer massa) met 6 cm/sec om
datzelfde zwaartepunt; dat is nu nog niet te meten
Een aardachtige planeet is dus moeilijk te ontdekken
Resultaten en beperkingen
37.
De aarde heeft een oppervlak dat 0,0001 dat van de
zon is.
Met de transit methode gaat het ook niet: eenmaal
per jaar wordt de zonnestraling gedurende ruim een
uur met één-tienduizendste verzwakt
De aarde straalt ongeveer miljoen maal minder licht
uit dan de zon
Zoek vanuit een afstand van vele lichtjaren naar dat
zwak lichtende puntje naast de zon ….
En bovendien …
38.
Jupiter loop in 12 jaar om het zwaartepunt van het
planetenstelsel op een afstand van 5 maal aarde-zon. De
snelheid is ongeveer 15 km/sec
De zon, met ongeveer 1000 maal meer massa, loopt dan
eenmaal in 12 jaar om het zwaartepunt met een snelheid
van 15 m/sec. Dit is marginaal te meten: de spectrale
golflengte verplaatsing is minder dan één op tien miljoen
Eenmaal in 12 jaar wordt de zonnestraling gedurende ca.
drie uren met ca. 1% verzwakt
Kortom: kleine kans
Zou een buitenaardse onderzoeker ooit
Jupiter kunnen ontdekken?
46.
Opbouw van de hete
Jupiters
We weten iets van de samenstelling dank
zij spectroscopisch onderzoek. Uit
theoretisch werk komt een summier
beeld van de opbouw te voorschijn
50.
Tot dusverre pas onderzocht voor een hypothetische planeer
met een buitentemperatuur van 1250 K – zo’n planeet is
binnenin heter
Bedenk dat H het meest voorkomt in het heelal: 90%
De verschillende moleculen (vooral
NH3, H2O, N2, CO2, CH4, MgSiO3) condenseren op
verschillende hoogten – zo zullen wolken van verschillende
samenstelling op achtereenvolgende hoogten voorkomen.
Boven de Si-laag komen wolken voor van de andere genoemde
moleculen
Dit alles hangt sterk af van de temperatuur van de planeet en
het verloop van de temperatuur over de diepte
Dit onderzoek staat pas in het begin; veel zal volgen
Vermoedelijke opbouw
51.
De stabiliteit van de hete
Jupiters
Kunnen ze wel blijven bestaan, zo dicht
bij die hete sterren?
52.
Waarom zien we kleine rotsplaneten op korte
afstand tot de zon en zien we de grote gasplanten op
grotere afstanden
En equivalent daarmee: waarom komen de in het
Universum meest voorkomende gassen (H en
He, samen 99%) nauwelijks of niet voor op de
binnenplaneten en wel in de grote?
Het klassieke antwoord was dan: het is de zon! Haar
(ultraviolette) straling en de zonnewind
Eerst: een klassieke vraag met
het klassieke antwoord
53.
De UV-straling van de zon splitst de moleculen in de
buitenlagen van een planeet in de afzonderlijke
atomen – indien de planeet niet te ver van de zon af
staat. Deze lichte atomen worden weggeblazen door
de zonnewind
Dat geldt vooral voor het lichte waterstofmolecuul
Zo gaat dat door tot de lichtste atomen en moleculen
van de planeet in de ruimte verdwenen zijn. Over
blijft de rotsachtige kern – zo wordt het bestaan van
de binnenplaneten verklaard; Jupiter staat te ver om
zo beïnvloedt te worden.
De ultraviolette straling
56.
De zonnewind uit zich in kometen. Komeet
Hale-Bopp (1997) met de gas- en stof-staarten
57.
Dit was/is de gangbare
theorie
Maar is hij wel juist? Een opzienbarende
ontwikkeling: het H3
+molecuul
58.
Waterstof en helium, die 99% uitmaken van het
planeetgas stralen nauwelijks de opgeslagen energie
uit
Als de UV-straling van de zon sterker is dan een te
berekenen grenswaarde, kan dit de temperatuur van
de planeet zodanig verhogen dat de planeet zelfs
geheel verdampt.
Bovendien: In de jeugd van zon en planeten was de
UV-straling van de zon wel honderd maal feller dan
nu het geval is. Zouden dan de Jupiters wel hebben
kunnen ontstaan? Zie de volgende tabel.
Hete Jupiters kunnen verdampen
door UV zonne-energie
59.
In de ontstaansperiode van zon en
planeten was de UV-straling van de zon
ca. 100 maal sterker (laatste kolom: zie later)
60.
Een schrikwekkend
voorbeeld: HD15671-b
Massa = 3 × Jupiter. Straal = 0,964 × Jupiter. Loopt
om de ster vin 21,22 dagen.
Zeer excentrische baan.
Periastron afstand is slechts 0,05 van aphastron
afstand. (dit zijn punten van de baan dichtst en verst
van de ster)
In periastron ontvangt de planeet ca. 2500 maal meer
sterstraling dan in aphastron. Wordt hij dan niet zo
heet dat hij verdampt of zelfs explodeert?
61.
Dit molecuul werd 100 jaar geleden (1911) ontdekt
door J. J. Thomson. Een wonderlijk molecuul van
drie waterstofatomen waartussen twee elektronen
rondkrioelen
Het werd in 1988 ontdekt in poollicht op Jupiter in
1996 in de interstellaire ruimte.
Het heeft een enorm afkoelend vermogen.
Opgenomen energie van de twee elektronen en de
drie atomen wordt snel uitgestraald
Redder uit de nood: het
H3
+-molecuul
62.
Twee waterstofmoleculen, waarvan een geïoniseerd
is, botsen:
H2
+ + H2 -> H3
+ + H
Zo ontstaat het H3
+ ion
Het is zeldzaam; komt nergens meer voor dan één
op miljard waterstof moleculen
Maar draagt per molecuul 10 miljoen maal sterker bij
tot de afkoeling dan een H2 waterstofmolecuul
Hoe het ion ontstaat
63.
Breng Jupiter dichter bij de zon , tot op 1 AE (=
astronomische eenheid). Hij wordt nu 27 maal sterker
bestraald
Maar ook de ionisatie van het waterstofmolecuul wordt
versterkt; er komen meer H2
+–moleculen en daardoor
ook meer H3
+-moleculen
Die stralen sterk uit en daardoor koelt de planeet af
Pas wanneer we Jupiter tot op 0,16 AE zouden
brengen, zullen de H2 moleculen uiteenvallen en dan kan
het H3
+-molecuul ook niet meer gevormd worden. Dan
loopt de planeet gevaar.
Gedachten-experiment
64.
De laatste kolom geeft de grens waar buiten Jupiter kon
bestaan. Jupiter ontstond na 1 à 2 miljoen jaar. Kon dus niet
dichter bij de zon ontstaan dan 1,68 AE.
65.
De planeten ontstonden in een vroeg stadium
van het leven van de zon
Toen konden Jupiter, Saturnus … kortom de
grote buitenplaneten, niet ontstaan op kortere
afstanden tot de zon dan een of twee AE
Daarna werden ze verder naar buiten gebracht
door getijdenwerking
Op kleinere afstanden ontstonden de
rotsplaneten
Probleem van ons planetenstelsel
is nu ook opgelost!
66.
DANK!
Deze presentatie zal vanaf 19 september
te lezen zijn op de website
www.cdejager.com
Ga naar ‘presentaties’ en daar naar
‘8-hete-Jupiters’
