Το Πλανητικό Σύστημα Εισαγωγικές Γνώσεις Δρ Μάνος Δανέζης Επίκουρος Καθηγητής Αστροφυσικής Πανεπιστήμιο Αθήνας

Το ηλιακό ή πλανητικό μας σύστημα αποτελείται από: τον Ήλιο, που συγκεντρώνει το 99,87% της συνολικής μάζας του ΕΡΜΗΣ (Mercury) ΑΦΡΟΔΙΤΗ (Venus) ΓΗ (Earth) ΑΡΗΣ (Mars) ΔΙΑΣ (Jupiter) ΚΡΟΝΟΣ (Saturn) ΟΥΡΑΝΟΣ (Uranus) ΠΟΣΕΙΔΩΝΑΣ (Neptune) ΠΛΟΥΤΩΝΑΣ (Pluto) 0,1299 % τους 9 μεγάλους πλανήτες, που συγκεντρώνουν το υπόλοιπο 0,1299 % Και….

διάφορα ουράνια σώματα μικρότερου μεγέθους, τα οποία είτε περιφέρονται γύρω από τους πλανήτες συνιστώντας τους δορυφόρους, είτε βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο (ιδιαίτερα στη θέση μεταξύ Άρη και Δία) αποτελώντας τους αστεροειδείς, είτε ακόμα κινούνται σε πολύ μεγαλύτερες ελλειπτικές τροχιές γύρω από τον Ήλιο στοιχειοθετώντας τους κομήτες, ενώ υπάρχουν και πολλά μετεωροειδή. Όλα αυτά καλύπτουν μόλις το 0,0001% της μάζας του ηλιακού συστήματος.

Σύμφωνα όμως με την τελευταία ανακοίνωση της Διεθνούς Αστρονομικής Ένωσης (IAU = International Astronomical Union), τον Αύγουστο του 2006, υπό από τη διερεύνηση του ερωτήματος «τι χαρακτηρίζουμε ως πλανήτη;» και κάτω από το φως των καινούργιων ανακαλύψεων των 2 τελευταίων δεκαετιών, έγινε η εξής κατηγοριοποίηση των ουρανίων σωμάτων. 1. ΠΡΩΤΟΓΕΝΗ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ: Άστρα Τα άστρα προέρχονται από κατάρρευση μεσοαστρικού νέφους (όταν διαθέτουν τα κατάλληλα όρια μαζών, δηλ. 0,1 ΜΗ > Μ > 100 ΜΗ) και είναι σώματα που μπορούν να κάψουν τα πυρηνικά τους αποθέματα, παράγοντας ενέργεια (σωματίδια, φως και θερμότητα). Είναι αυτόφωτα σώματα.

2. ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΗ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ: Πλανήτες Για τη δημιουργία τους έχουν διατυπωθεί διάφορες θεωρίες όμως η επικρατέστερη από αυτές δέχεται πως οι πλανήτες δημιουργούνται όταν κόκκοι σκόνης που αποτελούν αρχικά ένα δίσκο συσσώρευσης καθώς περιστρέφονται γύρω από έναν πρωταστέρα, σχηματίζουν σταδιακά μεγαλύτερα σώματα σφαιρικής κατανομής μέσα από τη διαδικασία της συσσωμάτωσης, τα οποία έχοντας καθαρίσει την τροχιά τους από άλλα σώματα κυριαρχούν βαρυτικά στο περιβάλλον τους (νεφελική θεωρία). Βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τα πρωτογενή αντικείμενα, και είναι ετερόφωτα σώματα που αντανακλούν το φως του άστρου γύρω από το οποίο περιστρέφονται, ενώ δύναται να έχουν και δορυφόρους. Πλανήτης Δορυφόροι

Δορυφόροι Οι δορυφόροι είναι σφαιρικά (ή σχεδόν σφαιρικά) φυσικά σώματα που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τα δευτερογενή αντικείμενα, την οποία έχουν καθαρίσει από άλλα σώματα. Είναι ίδιας σύστασης με τους πλανήτες αλλά συνήθως μικρότερου μεγέθους, και μαζί με τον πλανήτη γύρω από το οποίο βρίσκονται σε τροχιά, συνιστούν ένα “τοπικής κλίμακας πλανητικό σύστημα”. Παράγονται με τον ίδιο τρόπο όπως και τα δευτερογενή αντικείμενα (πλανήτες), μόνο που κατά τη διαδικασία δημιουργίας τους βρέθηκαν παγιδευμένα στο βαρυτικό πεδίο του πλανήτη και παρέμειναν σε τροχιά γύρω από αυτόν. 3. ΤΡΙΤΟΓΕΝΗ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ:

(πρωτογενές αντικείμενο) (Δευτερογενή αντικείμενα) 4. ΣΥΝΤΡΙΜΜΑΤΑ ή ΜΙΚΡΑ ΟΥΡΑΝΙΑ ΣΩΜΑΤΑ: Αστεροειδείς, κομήτες, μετεωροειδή, αντικείμενα της ζώνης Kuiper Είναι σώματα που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τα πρωτογενή αντικείμενα και πρόκειται είτε για αντικείμενα τα οποία μέσα από τη διαδικασία της συσσώρευσης και της συσσωμάτωσης δεν κατάφεραν να σχηματίσουν μεγαλύτερα σώματα (πλανήτες ή δορυφόρους), είτε για υπολείμματα συγκρούσεων. Έτσι τα συντρίμματα παρουσιάζουν ακανόνιστο σχήμα -αφού δεν παρουσιάζουν τέτοια συγκέντρωση μάζας ώστε η βαρύτητα τους να είναι ικανή να τους προσδώσει σφαιρικό σχήμα-, και σε αντίθεση με τους πλανήτες οι τροχιές τους δεν είναι αυστηρά κυκλικές ή ελλειπτικές αλλά δύναται να είναι παραβολικές ή και υπερβολικές. Η σύσταση τους ποικίλει ανάλογα με την απόσταση στην οποία βρίσκονταν από τον Ήλιο κατά τη διάρκεια του σχηματισμού τους, και μπορεί να υπερτερεί σε βραχώδη υλικά και μέταλλα (αστεροειδείς), ή σε πάγο και πτητικά αέρια (κομήτες- αντικείμενα της ζώνης Kuiper). ΗΛΙΟΣ (άστρο) (πρωτογενές αντικείμενο) ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ ΖΩΝΗΣ KUIPER (συντρίμματα) ΚΟΜΗΤΗΣ που διαγράφει παραβολική τροχιά ΠΛΑΝΗΤΕΣ (Δευτερογενή αντικείμενα) ΔΟΡΥΦΟΡΟΣ (τριτογενές αντικείμενο) Κατηγοριοποίηση των ουράνιων σωμάτων του ηλιακού μας συστήματος.

5. ΨΕΥΔΟΠΛΑΝΗΤΕΣ ή ΠΛΑΝΗΤΕΣ ΝΑΝΟΙ ή ΠΛΑΝΗΤΟΕΙΔΕΙΣ: Πλούτωνας, Έρις Στην κατηγορία αυτή κατατάσσονται σώματα που έχουν σχηματιστεί με τρόπο όμοιο με αυτόν των πλανητών, δηλαδή πρόκειται για σφαιρικά (ή σχεδόν σφαιρικά) σώματα, τα οποία βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τα πρωτογενή αντικείμενα (άστρα) και διαθέτουν τόση βαρυτική δύναμη ώστε να καθαρίσουν την τροχιά τους από άλλα ουράνια σώματα, εντοπίζονται όμως στο μεσοαστρικο χώρο Είναι μικρότερα σε διαστάσεις από τα δευτερογενή αντικείμενα(πλανήτες), τόσο που να μπορούν να συγκριθούν με αρκετούς από τους φυσικούς δορυφόρους αυτών σε μέγεθος, αλλά δεν συνιστούν έναν από αυτούς. Η παραπάνω κατηγοριοποίηση θέτει τον Πλούτωνα εκτός των πλανητών του ηλιακού μας συστήματος και τον κατατάσσει στους ψευδοπλανήτες ή πλανήτες νάνους. Τότε όμως δημιουργείται το ερώτημα «πως θα χαρακτηρίσουμε τότε το δορυφόρο του;».

Κοσμογονία Τι είναι η κοσμογονία Ο όρος κοσμογονία κατά την αρχαιότητα αναφερόταν σε θεωρίες δημιουργίας του κόσμου που υπήρχαν κύρια σε μύθους και σε ποιήματα, και οι οποίες ανευρίσκονται σε όλους σχεδόν τους λαούς. Οι αρχαίοι Έλληνες όμως από τον 6ο αιώνα π.Χ. και μετά ήταν εκείνοι που προσπάθησαν να δώσουν μία επιστημονική εξήγηση του τρόπου με τον οποίο δημιουργήθηκε το σύμπαν.

Σήμερα, όταν χρησιμοποιούμε τον όρο κοσμογονία αναφερόμαστε σ’ εκείνο τον κλάδο της Αστροφυσικής που έχει ως αντικείμενο τη μελέτη της δημιουργίας του ηλιακού μας συστήματος. Με αυτή την έννοια η πρώτη επιστημονική θεώρηση της δημιουργίας του πλανητικού μας συστήματος προήλθε από τον Καρτέσιο (Rene Descartes) το 1644 και περιλαμβάνεται στο βιβλίο του «Le Monde ou Traité de la Lumière» δηλαδή «Κόσμος ή πραγματεία περί φωτός». Ο Καρτέσιος ήταν ο πρώτος που εισήγαγε μία θεωρία δημιουργίας του ηλιακού μας συστήματος, στο βιβλίο του «Le Monde ou Traité de la Lumière» δηλαδή «Κόσμος ή πραγματεία περί φωτός»..

Οι σύγχρονες θεωρίες δημιουργίας του ηλιακού μας συστήματος χωρίζονται σε 3 μεγάλες κατηγορίες: στις συγγενείς θεωρίες , στις μη συγγενείς θεωρίες και στις καταστροφικές θεωρίες. Οι καταστροφικές θεωρίες επικράτησαν των άλλων έως το 1935 όταν ο αστρονόμος Ράσελ και λίγο αργότερα το 1938 ο Σπίτζερ απέδειξαν πως αυτές δεν είναι εφαρμόσιμες

Θεωρίες δημιουργίας Ηλιακού συστήματος ΚΟΣΜΟΓΟΝΙΑ Θεωρίες δημιουργίας Ηλιακού συστήματος 1η ΟΜΑΔΑ Συγγενείς θεωρίες Kant-Laplace (1755 1796) Weizsäcker (1944) 3η ΟΜΑΔΑ Καταστροφικές θεωρίες ΙDe Buffon (1745) 4η ΟΜΑΔΑ Καταστροφικές θεωρίεςT. Chamberlin F.R.Moulton (1904) J.H. Jeans) 2η ΟΜΑΔΑ Μη συγγενείς θεωρίες Alfvén (1942)

• από το ίδιο μεσοαστρικό νέφος • την ίδια περίοδο ΣΥΓΓΕΝΕΙΣ ΘΕΩΡΙΕΣ Η ομάδα αυτή περιλαμβάνει 2 θεωρίες οι οποίες έχουν κοινή συνιστώσα την αρχή τους, ότι δηλαδή ο Ήλιος μαζί με τους πλανήτες, δημιουργήθηκαν: • από το ίδιο μεσοαστρικό νέφος • την ίδια περίοδο • με συρρίκνωση και περιστροφή. Το πρωταρχικό νεφέλωμα, αποτελούμενο από υδρογόνο ήλιο και κόκκους σκόνης, λόγω βαρυτικών δυνάμεων ή εξαιτίας της πίεσης της ακτινοβολίας, άρχισε να συγκεντρώνεται προς το κέντρο.

Τότε με συρρίκνωση και περιστροφή δημιουργήθηκε μία κεντρική συμπύκνωση ο ΗΛΙΟΣ. Αυτός συρρικνώθηκε περαιτέρω με αργό ρυθμό, κάτω από την πίεση της ίδιας του της βαρύτητας. Όσο όμως συρρικνωνόταν τόσο πιο γρήγορα περιστρεφόταν ώστε να διατηρείται η στροφορμή. Μέχρι εδώ οι 2 θεωρίες πηγαίνουν χέρι – χέρι για να διαφοροποιηθούν αμέσως παρακάτω όσον αφορά τον τρόπο δημιουργίας των πλανητών

Πρωτοπλανητικά νεφελώματα με κεντρική συμπύκνωση (πρωταστέρας)

1η Θεωρία (Νεφελική Θεωρία) ΣΥΓΓΕΝΕΙΣ ΘΕΩΡΙΕΣ 1η Θεωρία (Νεφελική Θεωρία) Σύμφωνα με τους Kant και Laplace γύρω από την κεντρική συμπύκνωση δημιουργήθηκε εξαιτίας της περιστροφής ένας ΠΕΠΛΑΤΥΣΜΕΝΟΣ ΔΙΣΚΟΣ ή ΔΙΣΚΟΣ ΕΠΑΥΞΗΣΗΣ ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗ ΠΕΠΛΑΤΥΣΜΕΝΟΣ ΔΙΣΚΟΣ ο οποίος κάτω από την επίδραση των βαρυτικών και φυγόκεντρων δυνάμεων άρχισε να χωρίζεται δημιουργώντας επάλληλους δακτυλίους από υλικό, έτσι ώστε για κάθε δακτύλιο να έχουμε 1 ΠΡΩΤΟΠΛΑΝΗΤΗ (δηλ. ο δίσκος κατέρρεε προς τα μέσα κάτω από τη επίδραση της βαρύτητας -βαρυτική συστολή- χωρίς όμως να πέφτει στον Ήλιο αφού οι φυγόκεντρες δυνάμεις δρούσαν τραβώντας προς τα έξω). Αυτοί, μέσα από τη διαδικασία της σύλληψης (λόγω της δικής τους βαρύτητας) και της συσσωμάτωσης υλικού δημιούργησαν τους πλανήτες.

ΕΣΩΤΕΡΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ: η συμπύκνωση μεταλλικού και βραχώδους υλικού οδήγησε στο σχηματισμό των ΕΣΩΤΕΡΙΚΏΝ ΠΛΑΝΗΤΩΝ ή ΓΗΙΝΩΝ ΠΛΑΝΗΤΩΝ. ΕΞΩΤΕΡΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ: η στερεοποίηση του υδρογόνου Η και άλλων πτητικών αερίων, εφικτή σε μακρινές από τον Ήλιο και τη θέρμανση του αποστάσεις, οδήγησε στο σχηματισμό των ΠΛΑΝΗΤΩΝ ΤΗΣ ΟΙΚΟΓΕΝΕΙΑΣ ΤΟΥ ΔΙΑ ή των ΕΞΩΤΕΡΙΚΩΝ ΓΙΓΑΝΤΩΝ ΠΛΑΝΗΤΩΝ.

2η Θεωρία (Θεωρία δακτυλιοειδών στροβίλων) ΣΥΓΓΕΝΕΙΣ ΘΕΩΡΙΕΣ 2η Θεωρία (Θεωρία δακτυλιοειδών στροβίλων) Σύμφωνα με το Γερμανό φυσικό von Weizsäcker (1944) γύρω από την κεντρική συμπύκνωση, στο υλικό που την περιέβαλλε, υπήρξε μία ΤΥΡΒΩΔΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ. Οι δίνες που δημιουργήθηκαν εγκλώβισαν υλικό μεγαλύτερης πυκνότητας που η συμπύκνωση του σχημάτισε τους ΠΡΩΤΟΠΛΑΝΗΤΕΣ.

Σχηματισμός στροβίλων Δημιουργία πρωτο-Γης και πρωτο-Σελήνης Στο γύρω από τον πρωταστέρα Ήλιο υλικό δημιουργούνται στροβιλισμοί οι οποίοι το εγκλωβίζουν και το συμπυκνώνουν προς σχηματισμό πλανητών και άλλων ουράνιων σωμάτων του ηλιακού μας συστήματος.

Θεωρία σύλληψης νέφους από τον Ήλιο ΜΗ ΣΥΓΓΕΝΕΙΣ ΘΕΩΡΙΕΣ Θεωρία σύλληψης νέφους από τον Ήλιο Η θεωρία αυτή όπως διατυπώθηκε από τον Alfvén συνίσταται στη δημιουργία Ήλιου και πλανητών από 2 διαφορετικά νεφελώματα. το αρχικό νεφέλωμα δημιούργησε ένα πρωταστέρα το βαρυτικό πεδίο του νεοσχηματισθέντα αστέρα συνέλαβε ένα άλλο νεφέλωμα που βρισκόταν στη γείτονα περιοχή, το οποίο κάτω από την επίδραση της βαρύτητας του πρωταστέρα άρχισε να περιστρέφεται γύρω από αυτόν. Από το νεφέλωμα αυτό δημιουργήθηκαν οι πλανήτες

Ο νεοσυσταθής αστέρας Ήλιος από το προϋπάρχον νεφέλωμα (πρωταστέρας), συλλαμβάνει με το βαρυτικό του πεδίο ένα άλλο νεφέλωμα και αρχίζει να το περιστρέφει γύρω του. Από την περιστροφή αυτή δημιουργούνται οι πλανήτες με τον ίδιο τρόπο όπως με αυτόν του δίσκου επαύξησης.

ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΕΣ ΘΕΩΡΙΕΣ Ι Σύγκρουση γιγαντιαίου κομήτη με τον Ήλιο ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΕΣ ΘΕΩΡΙΕΣ Ι Σύγκρουση γιγαντιαίου κομήτη με τον Ήλιο Η θεωρία αυτή όπως διατυπώθηκε από τον De Buffon συνίσταται στη δημιουργία του ηλιακού συστήματος έπειτα από τη σύγκρουση του Ήλιου που είχε ήδη δημιουργηθεί, με κάποιο γιγαντιαίο κομήτη. Από τη σύγκρουση αυτή δημιουργήθηκαν οι πλανήτες.

Ένας γιγάντιος πλανήτης προσκρούει στον ήδη σχηματισμένο Ήλιο προκαλώντας μία τεράστια έκρηξη. Το υλικό από τη σύγκρουση σκορπίζεται γύρω από τον Ήλιο και δημιουργεί τους πλανήτες.

ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΕΣ ΘΕΩΡΙΕΣ ΙΙ Δημιουργία πλανητών από κομμάτι ουράνιου σώματος Το 1904 οι T. Chamberlin - F.R.Moulton και αργότερα ο J.H. Jeans πρότειναν μία άλλη θεωρία για τη δημιουργία του ηλιακού μας συστήματος, η οποία συγκαταλέγεται στις καταστροφικές θεωρίες. Σύμφωνα με αυτή, πρώτα δημιουργήθηκε ο Ήλιος και μετέπειτα οι πλανήτες από ένα άλλο ουράνιο σώμα μεγάλων διαστάσεων (όπως είναι οι αστέρες), όταν κατά το πέρασμα αυτού κοντά από τον Ήλιο αποσπάστηκε ένα κομμάτι του λόγω των βαρυτικών δυνάμεων του Ήλιου.

Το αποσπασμένο τμήματα ενός αστέρα που διέρχεται κοντά από τον Ήλιο διασπάται δεσμεύονται από το βαρυτικό πεδίο του Ήλιου και περιστρεφόμενα γύρω του δημιουργούν τους πλανήτες.

Η θεωρία που τείνει να επικρατήσει σήμερα είναι η νεφελική θεωρία η οποία αποτελεί υποπερίπτωση των συγγενών θεωριών. Πρέπει βέβαια να επισημάνουμε πως οι θεωρίες κοσμογονίας στις μέρες μας συμπεριλαμβάνουν στη μελέτη τους και άλλα πλανητικά συστήματα και όχι μόνο το δικό μας

ΚΙΝΗΣΗ ΠΛΑΝΗΤΩΝ - ΛΟΞΩΣΗ Η κίνηση των πλανητών είναι το αποτέλεσμα της σύνθεσης 2 κινήσεων: • μίας περιστροφής γύρω από τον Ήλιο, η περίοδος της οποίας μας δίνει το έτος κάθε πλανήτη, και πραγματοποιείται κατά την ορθή φορά (δηλ. αντίθετα από τη φορά της κίνησης των δεικτών του ρολογιού), και • μίας περιστροφής γύρω από τον άξονα συμμετρίας τους (δηλ. γύρω από τον εαυτό τους), η περίοδος της οποίας αποτελεί το ημερονύχτιο κάθε πλανήτη. Και αυτή η κίνηση πραγματοποιείται κατά την ορθή φορά, με εξαίρεση την Αφροδίτη που περιστρέφεται κατά την αντίθετη φορά, η οποία καλείται ανάδρομη (retrograde).

Ο άξονας περιστροφής των πλανητών σχηματίζει κλίση ως προς το επίπεδο της τροχιάς τους. Η κλίση αυτή που καλείται λόξωση (obliquity) καθορίζει τις εποχές, αφού εξαιτίας της μεταβάλλεται το ποσό της ακτινοβολίας που δέχεται κάθε περιοχή του πλανήτη στη διάρκεια ενός έτους. Γενικά, η λόξωση υπολογίζεται ως προς την κάθετο στο επίπεδο της τροχιάς κάθε πλανήτη, και είναι της τάξης των μερικών μοιρών (πλην του Ουρανού και του Πλούτωνα). Οι ακτίνες πέφτουν σχεδόν κάθετα στο β. ημισφαίριο, σηματοδοτώντας το καλοκαίρι Οι ακτίνες πέφτουν πλάγια, στο β. ημι-σφαίριο, σηματοδοτώντας το χειμώνα λόξωση

ΛΟΞΩΣΗ – ΚΛΙΣΗ ΙΣΗΜΕΡΙΝΟΥ Κλίση ισημερινού Επίπεδο πλανητικού ισημερινού Άξονας περιστροφής πλανήτη λόξωση Τροχιά πλανήτη Επίπεδο τροχιάς πλανήτη Η λόξωση είναι ίση με την κλίση ισημερινού γιατί οι δύο γωνίες έχουν τις πλευρές τους κάθετες Η κλίση του ισημερινού (επομένως και η λόξωση) είναι διαφορετική για κάθε πλανήτη, πάντως είναι λίγων μοιρών για όλους εκτός του Ουρανού και του Πλούτωνα. Έτσι όπως βλέπουμε και στο παρακάτω σχήμα, ο Ουρανός και ο Πλούτωνας παρουσιάζουν μεγάλη λόξωση αφού ο άξονας τους είναι τόσο κεκλιμένος που σχεδόν ακουμπάει στο επίπεδο της τροχιάς τους (δηλαδή ο ισημερινός τους είναι σχεδόν κάθετος στο επίπεδο της τροχιάς τους). Η μεγαλύτερη κλίση είναι αυτή της Αφροδίτης (177,3ο), η οποία εξαιτίας της ανάδρομης περιστροφής της στρέφει τον άξονα της προς τα κάτω. ?

ΓΗ ΗΛΙΟΣ ΕΡΜΗΣ ΑΡΗΣ ΠΛΟΥΤΩΝΑΣ ΔΙΑΣ ΚΡΟΝΟΣ ΟΥΡΑΝΟΣ ΠΟΣΕΙΔΩΝΑΣ ΑΦΡΟΔΙΤΗ

ΕΚΛΕΙΠΤΙΚΗ Όπως φαίνεται από την παρακάτω εικόνα, η κίνηση κάθε πλανήτη γύρω από τον Ήλιο δημιουργεί ένα επίπεδο Τα επίπεδα των τροχιών όλων των πλανητών (πλην του Πλούτωνα) έχουν την ίδια περίπου κλίση, δηλαδή είναι σχεδόν συνεπίπεδα Το μέσο επίπεδο πάνω το οποίο κινούνται όλοι οι πλανήτες και το οποίο διέρχεται από το σημείο Κ(0,0) της ουράνιας σφαίρας ονομάζεται επίπεδο της εκλειπτικής (ecliptic plane). Η τομή του επιπέδου αυτού με την ουράνια σφαίρα ονομάζεται εκλειπτική (ecliptic), και δεν πρόκειται για τίποτε άλλο παρά για έναν μέγιστο κύκλο της ουράνιας σφαίρας

Ας μην ξεχνάμε πως η ουράνια σφαίρα έχει την κλίση του άξονα της Γης αφού αποτελεί προέκταση αυτής, άρα το επίπεδο της εκλειπτικής που είναι το επίπεδο τροχιάς της Γης θα έχει κλίση ως προς τον ουράνιο ισημερινό

Καθώς τώρα η Γη κινείται γύρω από τον Ήλιο, τον βλέπει να προβάλλει πάνω στην εκλειπτική. Έτσι κατά τη διάρκεια ενός έτους, ο Ήλιος φαίνεται σα να την διαγράφει. Κατά παρόμοιο τρόπο βλέπει και τους πλανήτες να προβάλλουν όπως κινούνται, επειδή όμως τα επίπεδα των τροχιών τους διαφοροποιούνται λίγο ως προς την εκλειπτική βλέπει τις προβολές τους όχι να τη διαγράφουν, αλλά να βρίσκονται μέσα σε μία στενή ζώνη πλάτους (± 8ο) εκατέρωθεν αυτής, δηλ. μία ζώνη 16ο, τη ζώνη της εκλειπτικής. Στη ζώνη αυτή και σε ίσες περίπου αποστάσεις βρίσκονται οι 12 αστερισμοί, γι’ αυτό τη συναντάμε και με το όνομα ζωδιακή ζώνη ή ζωδιακό κύκλο. Έτσι ο Ήλιος και οι πλανήτες κατά την κίνηση τους, φαίνονται να διέρχονται από τους 12 οίκους.

ΣΧΕΤΙΚΗ ΘΕΣΗ ΠΛΑΝΗΤΩΝ Εικ. 3 Σύνοδος για έναν πλανήτη που περιφέρεται σε εξώτερη της Γης τροχιά Εικ. 4 Αντίθεση (η Γη παρεμβάλ-λεται μεταξύ του πλανήτη και του Ήλιου κατά την ευθυγράμμιση Γ ΓΗ Εικ.1 Ανώτερη σύνοδος (όταν η Γη και ο πλανήτης βρίσκονται αντι-διαμετρικά ευθυγραμμισμένοι) Εικ.2 Κατώτερη σύνοδος (όταν η Γη και ο πλανήτης βρίσκονται ευ-θυγραμμισμένοι στην ίδια πλευρά του Ήλιου) Κατά την κίνηση τους γύρω από τον Ήλιο, οι πλανήτες δύναται να ευθυγραμμιστούν με αυτόν ή να βρεθούν σε ορισμένες χαρακτηριστικές θέσεις που έχουν σημασία στην αστρονομία, γι’ αυτό και ονομάζονται με συγκεκριμένο τρόπο. Έτσι: Όταν ένας πλανήτης είναι ευθυγραμμισμένος με τη Γη και τον Ήλιο, δηλαδή όταν βρίσκεται στη νοητή γραμμή ΓΗΣ-ΗΛΙΟΥ λέμε ότι ο πλανήτης αυτός βρίσκεται σε συζυγία με τον Ήλιο και διακρίνουμε 2 περιπτώσεις. Όταν ο Ήλιος είναι τοποθετημένος μεταξύ του πλανήτη και της Γης ή όταν ο πλανήτης βρίσκεται μεταξύ Γης και Ήλιου έχουμε σύνοδο, ενώ όταν η Γη είναι τοποθετημένη μεταξύ του πλανήτη και του Ήλιου έχουμε αντίθεση δηλαδή στην περίπτωση αυτή ο πλανήτης περιφέρεται αποκλειστικά και μόνο σε εξώτερη της Γης τροχιά. (Τα ίδια ισχύουν και για τους πλανήτες με τους δορυφόρους τους)

Όταν 3 ουράνια σώματα σχηματίζουν μεταξύ τους ορθή γωνία έχουμε τετραγωνισμό. Αποχή ενός πλανήτη ονομάζεται η γωνία με την οποία βλέπει ένας γήινος παρατηρητής την απόσταση του πλανήτη από τον Ήλιο, όπως αυτή προβάλλεται στην ουράνια σφαίρα Εικ. 5 Διάφορες τιμές αποχής για έναν εσωτερικό της Γης πλανήτη. 1 = Ανατολική αποχή 2 = Τυχαία αποχή 3 = Δυτική αποχή 1 3 2

Φάσεις ενός εσωτερικού πλανήτη (σώμα που περιφέρεται σε τροχιά μικρότερης ακτίνας από αυτή της Γης) ονομάζουμε τις διαφορετικές μορφές που παρουσιάζουν τα φωτισμένα από τον Ήλιο μέρη του. Οι πλανητικές φάσεις είναι αποτέλεσμα των διαφορετικών γωνιών που σχηματίζονται μεταξύ πλανήτη και Ήλιου όπως αυτές ορώνται από τη Γη. Εικ. 6 Φάσεις για έναν εσωτερικό της Γης πλανήτη (Αφροδίτη) ΓΗ

Η ανάδρομη κίνηση του Άρη ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΚΙΝΗΣΗ Η ανάδρομη κίνηση του Άρη Όπως είδαμε παραπάνω, μέσα στη ζώνη της εκλειπτικής βλέπουμε τους πλανήτες να κινούνται στην ουράνια σφαίρα κατά την ορθή φορά. Η κίνηση όμως αυτή δεν είναι πάντοτε ομαλή, με αποτέλεσμα οι πλανήτες ν’ αλλάζουν ξαφνικά κατεύθυνση και κινούμενοι κατά την ανάδρομη φορά να δείχνουν σα να οπισθοχωρούν. Τη στιγμή της φαινομενικής αλλαγής της κατεύθυνσης τους δείχνουν ν’ ακινητούν σε κάποια σημεία, που γι’ αυτό το λόγο καλούνται στηριγμοί ή στάσεις. Το φαινόμενο αυτό δεν είναι πραγματικό· οφείλεται στο γεγονός ότι η Γη κινείται πιο γρήγορα, αφενός γιατί η τροχιά της γύρω από τον Ήλιο είναι μικρότερη σε μήκος, όσον αφορά τους εξωτερικούς πλανήτες, αφετέρου δε γιατί έχει μεγαλύτερη τροχιακή ταχύτητα από αυτούς, και έτσι προπορευόμενη βλέπει τις προβολές τους στην ουράνια σφαίρα να οπισθοχωρούν, ενώ πρωθύστερα τις έβλεπε να ηγούνται. Όσον αφορά τους εσωτερικούς πλανήτες δημιουργείται το ίδιο φαινόμενο, μόνο που τώρα η Γη κινείται πιο αργά αλλά βλέπει την προβολή των πλανητών στην άλλη πλευρά της ουράνιας σφαίρας, πίσω από τον Ήλιο. Στηριγμοί ή στάσεις

ΝΟΜΟΙ ΘΕΣΗΣ – ΚΙΝΗΣΗΣ ΠΛΑΝΗΤΩΝ Το πλανητικό σύστημα είναι ένα ΜΗΧΑΝΙΣΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΩΜΑΤΩΝ. Αυτό σημαίνει ότι υπόκειται στους νόμους της μηχανικής όσον αφορά την θέση και την κίνηση των σωμάτων, δηλαδή σε 4 νόμους: τους 3 του Κέπλερ και τον νόμο βαρυτικής αλληλεπίδρασης του Νεύτωνα. ΝΟΜΟΙ ΤΟΥ ΚΕΠΛΕΡ ΝΟΜΟΣ ΤΩΝ ΕΛΛΕΙΨΕΩΝ: Οι πλανήτες κινούνται γύρω από τον Ήλιο διαγράφοντας ελλειπτικές τροχιές, στη μία εστία των οποίων βρίσκεται ο Ήλιος. α b

ΝΟΜΟΣ ΤΩΝ ΙΣΩΝ ΕΜΒΑΔΩΝ: Η επιβατική ακτίνα κάθε πλανήτη (εάν θεωρηθεί ο Ήλιος ως αρχή των συντεταγμένων), σαρώνει σε ίσους χρόνους ίσα εμβαδά Α, δηλαδή οι πλανήτες δεν κινούνται πάνω στις τροχιές τους ισοταχώς αλλά μεταβάλουν τις ταχύτητες τους έτσι ώστε η επιβατική ακτίνα να σαρώνει σε ίσους χρόνους ίσα εμβαδά. (τα διαστήματα όμως, s1 και s2 είναι άνισα !!!) s1 s2 Επιβατική ακτίνα s1 ≠ s2

3. ΑΡΜΟΝΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ: Το τετράγωνο της περιόδου P κάθε πλανήτη είναι ανάλογο προς τον κύβο του μεγάλου ημιάξονα α της ελλειπτικής τροχιάς του α3 G (M☼ + mπ) α3 = = Κ = στ α3 = Κ P2 P2 4π2 P2 όπου Κ = 2,97 x 10-19 s2/m3, η σταθερά αναλογίας, Μ☼ , mπ = οι μάζες του Ήλιου και του πλανήτη αντίστοιχα.

ΝΟΜΟΣ ΒΑΡΥΤΙΚΗΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΤΟΥ ΝΕΥΤΩΝΑ 4. Κάθε σώμα στο σύμπαν έλκει κάθε άλλο σώμα με δύναμη που είναι ανάλογη προς το γινόμενο των μαζών τους και αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της απόστασης τους m1 m2 F12 F21 r12 Το μέτρο της βαρυτικής δύναμης δίνεται από τη σχέση: m1 m2 F = G r2 όπου G = 6,672 x 10-11 N m2/ Kg2 , η παγκόσμια βαρυτική σταθερά r = η απόσταση των 2 σωμάτων και m1, m2 = οι μάζες των 2 σωμάτων Οι 4 αυτοί νόμοι προϋποθέτουν την ύπαρξη 2 μόνο σωμάτων που αλληλεπιδρούν, ενώ στο ηλιακό σύστημα έχουμε πολλά. Αυτό σημαίνει πως με την πάροδο του χρόνου, οι τροχιές των πλανητών αποκλίνουν ως προς τους νόμους αυτούς.

ΟΙ ΕΛΛΕΙΠΤΙΚΕΣ ΤΡΟΧΙΕΣ ΤΩΝ ΠΛΑΝΗΤΩΝ Οι τροχιές των περισσότερων πλανητών, εκτός του Ερμή, του Άρη και του Πλούτωνα, προσεγγίζουν πολύ τις κυκλικές, χωρίς όμως ο Ήλιος να βρίσκεται στο κέντρο των τροχιών τους, αλλά στη μία εστία τους. Αυτό σημαίνει ότι ο πλανήτης κατά την περιφορά του δεν απέχει την ίδια συνεχώς απόσταση από τον Ήλιο. Εστίες Ελλειπτικές τροχιές για διάφορες τιμές εκκεντρότητας e. Για e=0 κυκλική τροχιά Η θέση της ελάχιστης απόστασης από τον Ήλιο, στην οποία μπορεί να βρεθεί ένας πλανήτης κατά την περιφορά του γύρω από αυτόν, ονομάζεται περιήλιο (στο σχήμα συμβολίζεται με p και η απόσταση από τον Ήλιο στη θέση αυτή συμβολίζεται με RP), ενώ η θέση της μέγιστης απόστασης ονομάζεται αφήλιο (στο σχήμα συμβολίζεται με a και η απόσταση από τον Ήλιο στη θέση αυτή συμβολίζεται με Ra). Περιήλιο p Αφήλιο a Rp Ra Το περιήλιο και το αφήλιο ενός πλανήτη

ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΔΙΑΦΥΓΗΣ Θεωρούμε ένα αντικείμενο μάζας m, το οποίο βρίσκεται στην επιφάνεια της Γης (δηλαδή απέχει από το κέντρο της απόσταση RΓ) και εκτοξεύεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα, μέτρου υ, τέτοιο ώστε να μπορεί να διαφύγει από το βαρυτικό πεδίο της Γης. Αυτό σημαίνει ότι όταν το σώμα φτάνει στη μέγιστη απόσταση το μέτρο της ταχύτητας του θα είναι μηδέν. υ RΓ m rmax h υ = 0 A B Όριο βαρυτικού πεδίου Γης

ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΔΙΑΦΥΓΗΣ 1 1 RΓ r max επειδή r max = ∞ EMA = EMB EKA + EΔA = EΚB + EΔB 1 MΓ m MΓ m — mυ2 - G —— = 0 - G —— 2 R r max 1 1 υ2 = 2GMΓ ( — - — ) RΓ r max 2GMΓ υδ = √ ——— RΓ επειδή r max = ∞ όπου G = 6,672 x 10-11 N m2/ Kg2 , η παγκόσμια βαρυτική σταθερά ΜΓ = η μάζα της Γης Η υδ είναι η ταχύτητα διαφυγής, δηλαδή η ελάχιστη αρχική ταχύτητα που πρέπει να έχει το σώμα ώστε να διαφύγει από το βαρυτικό πεδίο της Γης (αντίστοιχα και για κάθε πλανήτη μάζας ΜΠ και ακτίνας RΠ) και να φτάσει στο άπειρο -με μηδενική ταχύτητα

ΝΟΜΟΣ TITIUS - BODE Ένα ερώτημα που απασχόλησε πολύ την επιστημονική κοινότητα και είχε να κάνει με τις θέσεις των πλανητών, ήταν το αν υπάρχει ένας νόμος που να μπορεί να περιγράψει τις αποστάσεις των πλανητών από τον Ήλιο· ένα ερώτημα που παρέπεμπε στο πρόβλημα της μελέτης της εκλειπτικής και των τροχιών (αν μία τροχιά είναι ευσταθής τότε πρέπει αυτή να είναι τροχιά ελάχιστης ενέργειας - μπορούμε από αυτό και από την εκλειπτική να προσδιορίσουμε τις θέσεις των πλανητών?). Αντί όμως για τη δημιουργία ενός νόμου, ήρθε το 1777 η πρόταση του αστρονόμου Johann Elert Bode (1747-1826) βασιζόμενη στις παρατηρήσεις του συναδέλφου του Johann Daniel Titius (1729-1796), η οποία όμως δείχνει να μην έχει κανένα σημείο αναφοράς και να ξεπροβάλλει από το πουθενά. Ο Bode λοιπόν πρότεινε μία σειρά αριθμών, η οποία δημιουργήθηκε από μία άλλη σειρά που ξεκινά από το 0, συνεχίζει με το 3 και περιλαμβάνει στη συνέχεια αριθμούς που ο καθένας μετά τον 3 είναι διπλάσιος από τον προηγούμενό του: { 0, 3, 6, 12, 24, 48 και 96 }. Στη συνέχεια οι όροι της σειράς αυτής αναίτια αυξήθηκαν κατά 4 δίνοντας μία νέα σειρά: { 4, 7, 10, 16, 28, 52 και 100 } και έπειτα διαιρέθηκαν κατά 10, δίνοντας την τελική μορφή της σειράς { 0,4, 0,7, 1, 1,6, 2,8, 5,2 και 10 } που δίνει σε αστρονομικές μονάδες τις κατά Titius-Bode αποστάσεις των τότε γνωστών πλανητών από τον Ήλιο, αν θεωρήσουμε την απόσταση ΓΗΣ-ΗΛΙΟΥ = 1 ΑU.

ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΕΣ ΑΠΟΣΤΑΣΕΙΣ ΠΛΑΝΗΤΩΝ ΟΠΩΣ ΜΕΤΡΗΘΗΚΑΝ ΒΗΜΑΤΑ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΝΟΜΟΥ TITIUS-BODE +4 ÷10 ΠΛΑΝΗΤΕΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΕΣ ΑΠΟΣΤΑΣΕΙΣ ΠΛΑΝΗΤΩΝ ΟΠΩΣ ΜΕΤΡΗΘΗΚΑΝ ΒΡΕΘΗΚΕ 4 0,4 ΕΡΜΗΣ 0,39 3 7 0,7 ΑΦΡΟΔΙΤΗ 0,72 6 10 1 ΓΗ 12 16 1,6 ΑΡΗΣ 1,52 24 28 2,8 ΔΙΑΣ ΑΣΤΕΡΟΕΙΔΕΙΣ 48 52 5,2 ΚΡΟΝΟΣ 5,20 96 100 10,0 ΟΥΡΑΝΟΣ 9,55 192 196 19,6 ΠΟΣΕΙΔΩΝΑΣ 19,22 384 388 38,8 ΠΛΟΥΤΩΝΑΣ 30,11 768 772 77,2 39,46

Ο παραπάνω εμπειρικός νόμος εκφράζεται σήμερα από τη σχέση: H σειρά αυτή των αριθμών μετά την ανακάλυψη του Ουρανού του Ποσειδώνα και του Πλούτωνα επεκτάθηκε, όμως παρότι συνέκλινε με τις αποστάσεις των κοντινών στον Ήλιο πλανητών, απέκλινε όσον αφορά τους απομακρυσμένους πλανήτες, ενώ υπήρχε μεγάλη ασυμφωνία στην απόσταση του Δία. Όταν ανακαλύφθηκε η ζώνη των αστεροειδών, που βρίσκεται περίπου στην προβλεπόμενη από το νόμο των Titius-Bode απόσταση των 2,8 AU, υπήρξε μεγαλύτερη συμφωνία με τις παρατηρούμενες αποστάσεις, εκφράστηκε όμως η άποψη ότι ο Ποσειδώνας δεν ήταν από την αρχή μέλος του ηλιακού συστήματος. 1 α = (2n-2 +1) 3 Ο παραπάνω εμπειρικός νόμος εκφράζεται σήμερα από τη σχέση:

ΟΙ ΠΛΑΝΗΤΕΣ Οι πλανήτες, που είναι ετερόφωτα σώματα, περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο σε ελλειπτικές τροχιές, στο επίπεδο της εκλειπτικής. Χωρίζονται σε 2 μεγάλες κατηγορίες: στους εσωτερικούς ή γήινους πλανήτες (inner solar system) και στους εξωτερικούς γίγαντες πλανήτες (outer solar system). Ο διαχωρισμός αυτός γίνεται εξαιτίας των διαφορών που παρουσιάζουν όσον αφορά την απόσταση τους από τον Ήλιο, το μέγεθος τους και τη σύσταση τους. Βασιζόμενοι ακριβώς σ’ αυτές τις διαφορές, οι αστροφυσικοί αναζήτησαν τον τρόπο δημιουργίας του ηλιακού μας συστήματος, διατυπώνοντας διάφορες θεωρίες.

Οι τροχιές των εσωτερικών πλανητών όπως βλέπουμε βρίσκονται πολύ κοντά, τόσο στον Ήλιο (ο πιο μακρινός που είναι ο Άρης απέχει από τον Ήλιο 1,52 ΑU) όσο και μεταξύ τους, ενώ αυτές των εξωτερικών γιγάντων πλανητών απλώνονται σε συγκριτικά τεράστιες αποστάσεις, με ελάχιστη αυτή του Δία που είναι στο περιήλιο του 4,951 A.U. και με μέγιστη αυτή του Ποσειδώνα που είναι στο αφήλιο του της τάξης των 30,37 A.U. (του Πλούτωνα το αφήλιο απέχει 49,30 A.U. και ο μέχρι πρότινος θεωρητικά 10ος πλανήτης έχει τροχιά που φθάνει στο αφήλιο τις 92,5 A.U.). Θυμηθείτε ότι 1A.U. = 149.600.000 km, είναι η μέση απόσταση ΓΗΣ-ΗΛΙΟΥ.

ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΙ ΚΑΙ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΙ ΠΛΑΝΗΤΕΣ Οι εσωτερικοί ή γήινοι πλανήτες παρουσιάζουν χαρακτηριστικά όμοια με αυτά της Γης καθώς χαρακτηρίζονται από μικρή μάζα μεγάλη πυκνότητα (ΜΕΣΗ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ = 4 - 5,5 gm/cm3), σχετικά μικρές διαστάσεις, στέρεη επιφάνεια με μεταλλική ή βραχώδη υφή, πυρήνες που αποτελούνται από σίδηρο Fe και νικέλιο Ni. ΔΙΑΣ ΚΡΟΝΟΣ ΟΥΡΑΝΟΣ ΠΟΣΕΙΔΩΝΑΣ ΓΗ ΑΡΗΣ ΠΛΟΥ-ΤΩΝΑΣ ΑΦΡΟΔΙΤΗ ΕΡΜΗΣ Σε αυτούς περιλαμβάνονται ο Ερμής, η Αφροδίτη, η Γη και ο Άρης που επειδή βρίσκονται κοντά στον Ήλιο χαρακτηρίζονται ως εσωτερικοί. Ωστόσο ο Πλούτωνας, αν και αρκετά απομακρυσμένος καθώς περιφέρεται στην εξώτατη τροχιά, έτεινε να συγκαταλέγεται στην ίδια κατηγορία εξαιτίας της σχετικής ομοιότητας του με αυτούς (Ο Πλούτωνας βέβαια σύμφωνα με τα τελευταία δεδομένα δεν κατατάσσεται στους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος, αλλά θεωρείται ξένο σώμα που συνελήφθη από τη βαρύτητα του ηλιακού μας συστήματος).

• πολύ μικρή πυκνότητα (που μόλις ξεπερνά αυτή του ύδατος ,δηλ. έχουν Οι εξωτερικοί γίγαντες πλανήτες ή πλανήτες της οικογένειας του Διός είναι τεράστιες αέριες σφαίρες που αποτελούνται κυρίως από υδρογόνο και ήλιο. Τα χαρακτηριστικά τους είναι: • μεγάλη μάζα • πολύ μικρή πυκνότητα (που μόλις ξεπερνά αυτή του ύδατος ,δηλ. έχουν ΜΕΣΗ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ = 1-2 gm/cm3) ) • μεγάλες διαστάσεις (πολύ μεγαλύτερες από αυτές των γήινων πλανητών) • χημική σύσταση παρόμοια με αυτή του Ήλιου και του σύμπαντος. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν ο Δίας , ο Κρόνος, ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας. ΔΙΑΣ ΚΡΟΝΟΣ ΟΥΡΑΝΟΣ ΠΟΣΕΙΔΩΝΑΣ ΓΗ ΑΡΗΣ ΠΛΟΥ-ΤΩΝΑΣ ΑΦΡΟΔΙΤΗ ΕΡΜΗΣ

ΓΕΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Όλοι οι πλανήτες χαρακτηρίζονται από κάποια φυσικά μεγέθη όπως η λευκαύγεια, η επιφανειακή θερμοκρασία, η ύπαρξη ή όχι ατμόσφαιρας και ο τρόπος δημιουργίας της και τέλος το αν παρουσιάζουν ή όχι μαγνητικό πεδίο και γιατί. Όσον αφορά τους ΓΗΙΝΟΥΣ ΠΛΑΝΗΤΕΣ εξετάζουμε ακόμη άλλο ένα χαρακτηριστικό: το σχηματισμό του ανάγλυφου τους δηλαδή της επιφάνεια τους. Όπως φαίνεται οι παράγοντες που συντελούν στη διαμόρφωση της επιφανείας τους είναι δύο ειδών, ενδογενείς και εξωγενείς. ΕΝΔΟΓΕΝΕΙΣ: αναφέρονται στη λειτουργία του ίδιου του πλανήτη και είναι γεωλογικοί παράγοντες, δηλαδή μιλάμε για: ηφαιστειακή δραστηριότητα, σεισμική δραστηριότητα, καθιζήσεις-ανυψώσεις (λόγω μετακίνησης εσωτερικών φλοιών), εσωτερική θερμότητα, διάβρωση λόγω ατμοσφαιρικών φαινομένων ΕΞΩΓΕΝΕΙΣ: αναφέρονται σε οτιδήποτε έρχεται απ’ έξω, όπως: πτώση μετεωριτών, αστεροειδείς, κομήτες, παλιρροϊκές δυνάμεις, θερμότητα του Ήλιου.

Όσον αφορά ακόμη μερικούς από τους ΓΙΓΑΝΤΕΣ ΠΛΑΝΗΤΕΣ, τίθεται ένα ερώτημα που έχει να κάνει με ένα επιπλέον χαρακτηριστικό τους: αυτό που αφορά την προέλευση και τις διαδικασίες δημιουργίας των δακτυλίων τους. Για την εξήγηση αυτού του φαινομένου έχουν διατυπωθεί κατά καιρούς διάφορες θεωρίες, οι επικρατέστερες των οποίων είναι:

Η θεωρία των παλιρροιών: κάποιος από τους δορυφόρους του πλανήτη βρέθηκε σε απόσταση μικρότερη από μία ελάχιστη τιμή και κάτω από την επίδραση των παλιρροϊκών δυνάμεων του πλανήτη θρυμματίστηκε και τα κομμάτια του παρέμειναν σε τροχιά γύρω από αυτόν σχηματίζοντας τους δακτυλίους. Ο αρχικά σφαιρικής κατανομής δορυφόρος κατά την περιστροφή του πλησιάζει τον πλανήτη σε μία κρίσιμη απόσταση. Τότε κάτω από την επίδραση των παλιρροϊκών δυνάμεων του πλανήτη το σχήμα του αρχίζει να παραμορφώνεται ώσπου τελικά θραύεται σε πολλά μικρότερα κομμάτια, τα οποία παραμένουν σε τροχιά δημιουργώντας τους δακτυλίους. Εικ.

Η θεωρία της συμπύκνωσης: Κατά τη διάρκεια σχηματισμού του πλανήτη, το αέριο και η σκόνη που τον περιέβαλλαν με τη μορφή δίσκου δε συμπυκνώθηκαν περαιτέρω προς σχηματισμό δορυφόρων καθώς δεν άγγιξαν την απαιτούμενη τιμή της πυκνότητας για αυτή τη διαδικασία, ή εξαιτίας της επίδρασης των παλιρροϊκών δυνάμεων του πλανήτη. Έτσι ο δίσκος αυτός παρέμεινε να περι-στρέφεται γύρω από τον πλανήτη και με το πέρασμα του χρόνου διαπλατύνθηκε και πήρε τη χαρακτηριστική μορφή των δακτυλίων γύρω από αυτόν.

Η θεωρία των συγκρούσεων: Κατά την περίοδο σχηματισμού του πλανήτη ο δίσκος προσαύξησης που τον περιέβαλλε συμπυκνώθηκε προς σχηματισμό μεγαλύτερων σωμάτων (πρωτο-δορυφόροι) της τάξεως των δεκάδων χιλιομέτρων, οι οποίοι όμως κάτω από την επίδραση του μετεωρικού βομβαρδισμού διασπάσθηκαν σε μικρότερα κομμάτια που είτε διέφυγαν της βαρύτητας του πλανήτη από την επιτάχυνση που απέκτησαν και απομακρύνθηκαν από αυτόν, είτε παρέμειναν σε τροχιά γύρω του συνιστώντας τους δακτυλίους του.

Τέλος ας σημειώσουμε πως στους πλανήτες μετράμε και άλλα μεγέθη όπως είναι η μάζα, η πυκνότητα, η ακτίνα ή η διάμετρος ισημερινού, η κλίση του ισημερινού, η εκκεντρότητα της τροχιάς του, η κλίση του επιπέδου της τροχιάς του ως προς το επίπεδο της εκλειπτικής, το φαινόμενο μέγεθος, η περίοδος περιστροφής (διάρκεια ημέρας εκάστοτε πλανήτη), η περίοδος περιφοράς γύρω από τον Ήλιο (έτος εκάστοτε πλανήτη), η ταχύτητα περιφοράς, η μέση απόσταση του από τον Ήλιο, καθώς και η απόσταση του περιηλίου του και του αφηλίου του. Ακόμη εξετάζουμε τη σύσταση και τη διαμόρφωση του εσωτερικού τους (πυρήνας – μανδύας - επιφανειακός φλοιός), τη βαρύτητα τους (σε σύγκριση με αυτή της Γης), την ταχύτητα διαφυγής και τον αριθμό των δορυφόρων τους, ή ακόμη και κάποιο ιδιαίτερο χαρακτηριστικό που ενδέχεται να παρουσιάζει ένας πλανήτης πέραν των προαναφερθέντων.

ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΕΣ ΤΩΝ ΠΛΑΝΗΤΩΝ Σχεδόν όλοι οι πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος διαθέτουν ατμόσφαιρα, άλλοι σε μικρότερο και άλλοι σε μεγαλύτερο βαθμό, η οποία μπορεί να είναι παρόμοιας ή και διαφορετικής σύστασης. Τι θεωρούμε όμως ως ατμόσφαιρα; Ατμόσφαιρα ονομάζεται το αέριο περίβλημα ενός ουράνιου σώματος, το οποίο έχει τη δυνατότητα να διατηρείται γύρω του για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αέριο κέλυφος ονομάζεται το αέριο περίβλημα ενός πλανήτη το οποίο υπάρχει περιστασιακά γύρω του και δεν διατηρείται για μεγάλο χρονικό διάστημα. Η σταθερότητα μίας ατμόσφαιρας χαρακτηρίζεται από μία παράμετρο, η οποία καλείται παράμετρος τ και εξαρτάται από τη θερμοκρασία του πλανήτη και από την απόσταση του από τον Ήλιο: όπου υ = η ταχύτητα διαφυγής από τον πλανήτη και r = η απόσταση του πλανήτη από τον Ήλιο. Η ατμόσφαιρα είναι ένα λεπτό αέριο στρώμα γύρω από τον πλανήτη, άλλοτε λεπτόρρευστο και άλλοτε παχύρρευστο, η οποία δύναται να είναι παρόμοιας ή και διαφορετικής σύστασης από αυτή της Γης. Η περιεκτικότητα της σε CO2 επηρεάζει την τιμή της επιφανειακής θερμοκρασίας του πλανήτη, αφού το αέριο αυτό παγιδεύει μέσα στην ατμόσφαιρα την μεγάλου μήκους κύματος εκπεμπόμενη ακτινοβολία από την επιφάνεια του πλανήτη, συντελώντας στην αύξηση της επιφανειακής θερμοκρασίας τ = υ · r1/4

Η κινητικότητα των ατμοσφαιρών ποικίλει, και δύναται να περιλαμβάνει ανέμους διαβαθμισμένης ισχύος και στροβίλους, καθώς και νέφη που κινούνται με ταχύτητες που μπορούν να φτάσουν σε πολύ υψηλές τιμές. Όμοια ποικίλει και η πυκνότητα τους, η οποία δύναται να λάβει από πολύ χαμηλές τιμές (αραιές ατμόσφαιρες ή υποτυπώδεις) έως πολύ υψηλές (πυκνότατες ατμόσφαιρες). Για τον τρόπο δημιουργίας τους έχουν διατυπωθεί μέχρι σήμερα 3 θεωρίες. Έτσι οι ατμόσφαιρες θεωρείται ότι προέρχονται από: Αέρια που διέφυγαν από το εσωτερικό των πλανητών κατά τα πρώιμα έτη της δημιουργίας τους, ή αέρια του ηλιακού συστήματος που συλλήφθηκαν από τα βαρυτικά πεδία των πλανητών αφού αυτοί είχαν σχηματιστεί, και παρέμειναν γύρω από αυτούς, ή τέλος αέρια μαζί με νερό, τα οποία μεταφέρθηκαν από αστεροειδείς και κομήτες που υπερτερούσαν σε αυτά.

Όποια και να `ναι όμως η προέλευση της, η ατμόσφαιρα δεν παύει να θεωρείται παράγοντας πρωταρχικής σημασίας για την ανάπτυξη ζωής σ’ ένα πλανήτη, αφού φιλτράρει την επιβλαβή για τη ζωή ηλιακή ακτινοβολία. Ακόμη η θερμοκρασία στην επιφάνεια ενός πλανήτη αποτελεί άμεση συνάρτηση του πάχους και της υφής μιας ατμόσφαιρας (λεπτόρρευστη ή παχύρρευστη), γεγονός επίσης σημαντικό για την δημιουργία και της διατήρηση ζωής στον πλανήτη. Η ποιοτική σύσταση της ατμόσφαιρας ενός πλανήτη εξαρτάται από την απόσταση που αυτός απέχει από τον Ήλιο, τόσο τώρα όσο και κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του. Έτσι οι εσωτερικοί πλανήτες παρουσιάζουν ατμόσφαιρα (όσοι από αυτούς διαθέτουν) που αφθονεί σε ενώσεις του άνθρακα

Ανακλώμενη ηλιακή ακτινο-βολία από την επιφάνεια του πλανήτη προς το διάστημα Εισερχόμενη ακτινοβολία Ανακλώμενη ηλιακή ακτινοβολία από την ατμόσφαιρα του πλανήτη προς το διάστημα Η ατμόσφαιρα προστατεύει τον πλανήτη από την ηλιακή ακτινοβολία αφού κάποιο ποσοστό της το ανακλά πίσω στο διάστημα και κάποιο το απορροφά, ανάλογα με την πυκνότητα της. Το ποσό της ακτινοβολίας που φτάνει τελικά στην επιφάνεια του πλανήτη (υπεριώδης ακτινοβολία) συντελεί στην αύξηση της επιφανειακής του θερμοκρασίας και στη διατήρηση της ζωής, αφού είναι απαραίτητη για την τέλεση πολλών ζωτικών λειτουργιών (φωτοσύνθεση ), και ανακλάται πάλι προς το διάστημα μειωμένη όμως ενεργειακά (υπέρυθρη ακτινοβολία) κατά το ποσό της ενέργειας που απορροφήθηκε.

ΠΟΙΟΤΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΠΛΑΝΗΤΙΚΩΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΩΝ * Υδρογόνο, Μεθάνιο, Αιθάνιο ΠΟΙΟΤΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΠΛΑΝΗΤΙΚΩΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΩΝ * ΕΡΜΗΣ Ήλιο, Υδρογόνο, Αργό ΑΦΡΟΔΙΤΗ Διοξείδιο του άνθρακα, Μονοξείδιο του άνθρακα, Υδροχλώριο, Υδροφθόριο, Νερό, Άζωτο, Οξυγόνο, Υδρόθειο, Διοξείδιο του θείου, Ήλιο ΓΗ Άζωτο, Οξυγόνο, Διοξείδιο του άνθρακα, Αργό, Νέο, Ήλιο, Μεθάνιο, Κρυπτό, Οξείδιο του αζώτου, Όζον, Ξένο, Υδρογόνο, Ραδόνιο ΑΡΗΣ Διοξείδιο του άνθρακα, Μονοξείδιο του Άνθρακα, Νερό, Οξυγόνο, Όζον, Αργό, Άζωτο ΔΙΑΣ Υδρογόνο, Ήλιο, Μεθάνιο, Αμμωνία, Νερό, Διοξείδιο του άνθρακα, Ακετυλένιο, Αιθάνιο, Φωσφίνη, Γερμάνιο ΚΡΟΝΟΣ Υδρογόνο, Ήλιο, Μεθάνιο, Αμμωνία, Ακετυλένιο, Αιθάνιο, Φωσφίνη, Προπάνιο ΟΥΡΑΝΟΣ Υδρογόνο, Μεθάνιο ΠΟΣΕΙΔΩΝΑΣ Υδρογόνο, Μεθάνιο, Αιθάνιο ΠΛΟΥΤΩΝΑΣ Μεθάνιο

ΛΕΥΚΑΥΓΕΙΑ Η άλβεδο (albedo) ή λευκαύγεια ή ανακλαστική ικανότητα ενός πλανήτη είναι ένα χαρακτηριστικό που αποτελεί δείγμα του κατά πόσο ένας πλανήτης διαθέτει ατμόσφαιρα ή όχι, αφού αυτή αναφέρεται στο ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που ανακλάται από τον πλανήτη σε σχέση με το συνολικό ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει σε αυτόν. Η άλβεδο αποτελεί χαρακτηριστικό και άλλων ουράνιων σωμάτων εκτός των πλανητών. Έτσι άλλα δείχνουν φωτεινά και άλλα πιο σκοτεινά ανάλογα με τη σύσταση τους. όσα περιέχουν μεταλλικά στοιχεία ή πάγο δείχνουν φωτεινά, ενώ όσα περιέχουν ενώσεις του άνθρακα δείχνουν πιο σκοτεινά

όπου Α = η λευκαύγεια του πλανήτη Δηλαδή η τιμή της ανακλαστικής ικανότητας ενός πλανήτη -και γενικότερα ενός ουράνιου σώματος- προκύπτει από το λόγο: ΑΝΑΚΛΩΜΕΝΗ ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΑΛΒΕΔΟ = ΠΡΟΣΠΙΠΤΟΥΣΑ ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Η τιμή της λευκαύγειας ενός πλανήτη αυξάνεται με την αύξηση της πυκνότητας μιας ατμόσφαιρας, αφού όσο πιο πυκνή είναι αυτή τόσο πιο έντονα αντανακλά την ηλιακή ακτινοβολία. Η ηλιακή ενέργεια που φτάνει σ’ ένα πλανήτη ο οποίος απέχει απόσταση r από τον Ήλιο είναι: L Teff,4 R2 ————— ═ 4πR2 x σ x ——— ═ σ x Teff,4 x ( — ) 4πr2 4πr2 r2 Έτσι, αν ένας πλανήτης θεωρηθεί κατά προσέγγιση μέλαν σώμα, τότε η ενέργεια που τελικά δέχεται από τον Ήλιο, αφού αφαιρέσουμε το ποσοστό που ανακλάται στο διάστημα, ισούται με: R2 (1-Α) x σ x Teff,4 x ( —— ) x 2πRπλ2 = 4πRπλ σ Τπλ4 r2 όπου Α = η λευκαύγεια του πλανήτη R = 6,96 x 1010 cm, η ακτίνα του Ήλιου Teff, = 5770Κ, η ενεργός θερμοκρασία του Ήλιου Rπλ = η ακτίνα του πλανήτη

ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ ΤΩΝ ΠΛΑΝΗΤΩΝ Η θέρμανση της επιφάνειας ενός πλανήτη αποτελεί επακόλουθο της ενέργειας που αυτός δέχεται από τον Ήλιο αναλόγως της απόστασης του από αυτόν, και εξαρτάται περαιτέρω από το αν ο πλανήτης διαθέτει ατμόσφαιρα ή όχι, από την ποιοτική και την ποσοτική σύστασή της, καθώς και από την ανακλαστικότητα της επιφάνειας του. Επιπλέον, στη θέρμανση του πλανήτη δύναται να συνεισφέρει -σε μικρότερο βέβαια ποσοστό- και η θερμότητα που αναδύεται από το εσωτερικό του όταν αυτό βρίσκεται σε ρευστή κατάσταση. Έτσι διακρίνουμε δύο περιπτώσεις: Ο πλανήτης δε διαθέτει ατμόσφαιρα. Στην περίπτωση αυτή η θέρμανση του προκαλείται σχεδόν εξ’ ολοκλήρου από τον Ήλιο. (Σε μικρό ποσοστό μπορεί να οφείλεται και στη θέρμανση του από εσωτερικά αίτια, αν συντρέχουν τέτοιοι λόγοι.)

Ο πλανήτης διαθέτει ατμόσφαιρα. Ο μηχανισμός της θέρμανσης του πραγμα-τοποιείται σε δύο στάδια. Στο πρώτο στάδιο ο πλανήτης δέχεται την ηλιακή ακτινοβολία (υπεριώδης ακτινοβολία). Τότε η ατμόσφαιρα του λειτουργεί ως φίλτρο απορροφώντας ακτινοβολίες συγκεκριμένων μηκών κύματος. (Αν είναι πολύ αραιή αφήνει το μεγαλύτερο μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας να περάσει και να φτάσει στην επιφάνεια του πλανήτη, θερμαίνοντας τον, ενώ το υπόλοιπο το ανακλά προς το διάστημα. Αν είναι πυκνή επιτρέπει επιλεκτικά σε ορισμένα μόνο μήκη κύματος της ηλιακής ακτινοβολίας να διέλθουν ενώ τα άλλα τα ανακλά προς το διάστημα ή απορροφά μέρος τους, στα διάφορα στρώματα της.) Από το ποσοστό της ακτινοβολίας που βομβαρδίζει την επιφάνεια, ένα μέρος ανακλάται προς τα πάνω και ένα μέρος απορροφάται από το έδαφος. Το ποσοστό που ανακλάται, αφού δεν έχει υποστεί καμία αλλοίωση, περιλαμβάνει μήκη κύματος που μπορούν να διαπεράσουν την ατμόσφαιρα και έτσι δραπετεύει στο διάστημα. Reflected Solar energy

Σε δεύτερη φάση τώρα, το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που απορροφάται από την επιφάνεια του πλανήτη αλληλεπιδρά με αυτή και τη ζεσταίνει, την ωθεί όμως ν’ ακτινοβολήσει σε μήκη κύματος μικρότερα από αυτά που απορρόφησε (υπέρυθρη ακτινοβολία). Η ατμόσφαιρα όμως μπορεί να είναι αδιαφανής σε αυτά τα μήκη κύματος αν είναι πολύ πυκνή, οπότε η ενέργεια αυτή εγκλωβίζεται από την ατμόσφαιρα και τη θερμαίνει, τόσο την ίδια όσο και την επιφάνεια του πλανήτη. Ο μηχανισμός αυτός είναι γνωστός με το όνομα «φαινόμενο του θερμοκηπίου». Αν η ατμόσφαιρα του πλανήτη δεν είναι τόσο πυκνή ένα μέρος της ενέργειας αυτής διαφεύγει προς το διάστημα, ελαττώνοντας τις επιπτώσεις του φαινομένου. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου προκαλείται από την παγίδευση της υπέρυθρης ηλιακής ακτινοβολίας που προέρχεται από την επιφάνεια του πλανήτη, στα διάφορα στρώματα της ατμόσφαιρας, η οποία οδηγεί στην αύξηση της επιφανειακής θερμοκρασίας του πλανήτη.

Υπάρχουν όμως και περιπτώσεις όπου παρατηρείται το αντίθετο φαινόμενο με αυτό του θερμοκηπίου, κατά το οποίο η σύσταση της ατμόσφαιρας του πλανήτη απορροφά ένα μεγάλο μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας στο ορατό με αποτέλεσμα να μην είναι δυνατή η θέρμανση της επιφάνειας του πλανήτη. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό με το όνομα «φαινόμενο του αντιθερμοκηπίου». Μία τέτοια περίπτωση παρουσιάζεται στο δορυφόρο του Κρόνου Τιτάνα. Το φαινόμενο αυτό είναι παρόμοιο με την ψύξη που θα προκληθεί στον πλανήτη μας όταν μετά από πυρηνικό πόλεμο θα επέλθει πυρηνικός χειμώνας, ή από την πρόσκρουση ενός αρκετά μεγάλων διαστάσεων μετεωρίτη με τη Γη που παρουσιάζει όμοια αποτελέσματα με αυτά του πυρηνικού χειμώνα.