Astrofizyka Układów Planetarnych

(wykład)

uwagi ogólne

termin: poniedziałki, godzina 14:00

konsultacje: poniedziałki 16:00-17:00, wtorki 14:00-15:00 lub inny termin po wcześniejszym umówieniu się emejlowo oraz email i chat Teams bez ograniczeń czasowych

obecność: obecność na wykładzie jest obowiązkowa, dopuszczalne są maksymalnie 4 nieobecności nieusprawiedliwione. Każda kolejna nieobecność musi być usprawiedliwiona zwolnieniem lekarskim. Osoby mające więcej niż 4 nieobecności nieusprawiedliwione, na egzaminie otrzymają dodatkowe pytania z tematów omawianych na wykładzie w czasie ich nieobecności. W przypadku, gdy nieobecności obejmą ponad 50% zajęć w semestrze decyzję o możliwości uzyskania zaliczenia wykładu podejmie zastępca dyr. do spraw dydaktycznych.

egzamin: w formie pisemnej (test), 4 lutego, godz. 12:00, bud. A

zagadnienia omówione na wykładzie:

1. część 1: świat układów planetarnych
   • Układ Słoneczny (planetarny) - definicja planety
   • Układ Słoneczny - przegląd obiektów
   • granice Układu Słonecznego
   • podstawowe właściwości obiektów w planetarnych i przegląd technik obserwacyjnych umożliwiających ich wyznaczenie
   • Słońce - podstawowe informacje
2. część 2: energia i jej przenoszenie
   • temperatura i energia termiczna
   • równowaga energetyczna, albedo, temperatura efektywna i równowagowa
   • przenoszenie energii: przewodnictwo cieplne, konwekcja, promieniowanie
   • efekt cieplarniany
3. część 3: dynamika układu planetarnego
   • prawa Keplera, prawa dynamiki i grawitacji Newtona
   • zagadnienie dwóch ciał: ruch barycentrum, równanie ruchu względnego, całka momentu pędu i energii, równanie orbity, krzywe stożkowe, wyprowadzenie praw Keplera, anomalia średnia, mimośrodowa i prawdziwa, równanie Keplera i jego rozwiązanie
   • zagadnienie dwóch ciał: wyznaczanie parametrów orbity z wektora położenia i prędkości ciała, wyznaczanie położenia i prędkości ciała dla dowolnego czasu przy zadanych parametrach orbity
   • parametry orbity
   • wyznaczenie efemerydy, wyznaczanie orbity z obserwacji
   • siła pływowa - wyznaczanie i skutki działania: deformacja pływowa, grzanie pływowe, wzbudzanie trzęsień, pływy morskie, wymiana momentu pędu w ruchu obiegowym i obrotowym, rotacja synchroniczna
   • granica stabilności Rochea i jej skutki
4. część 4: budowa wewnętrzna obiektów Układu Słonecznego
   • typy materiałów budujących obiekty: plazma, gaz, lód, skała, metal
   • modele wnętrz: równowaga hydrostatyczna, diagramy fazowe, równanie stanu
   • modele wnętrz: równowaga hydrostatyczna, diagramy fazowe, równanie stanu, pole grawitacyjne i rotacja
   • źródła wewnętrznej energii cieplnej (energia grawitacyjna, rozpad promieniotwórczy, pływy) i jej utrata
   • podstawy sejsmologii, budowa wewnętrzna Ziemi
   • budowa wewnętrzna planet skalistych i gazowych oraz największych księżyców
5. część 5: powierzchnie obiektów Układu Słonecznego
   • mineralogia - podstawowe informacje o minerałach
   • petrologia - główne typy skał: pierwotne, magmowe, metamorficzne, osadowe i brekcje
   • procesy endogeniczne (grawitacja, rotacja, ruchy tektoniczne, wulkanizm) i struktury powierzchniowe z nimi związane
   • procesy egzogeniczne - atmosfera (procesy fluwialne i eolityczne, wietrzenie) i struktury powierzchniowe z nimi związane
   • procesy egzogeniczne - tworzenie kraterów uderzeniowych (typy kraterów i ich powstawanie)
   • powierzchnie wybranych planet i księżyców Układu Słonecznego
6. część 6: atmosfery obiektów Układu Słonecznego
   • podstawowe charakterystyki atmosfery - ciśnieniowa skala wysokości, struktura termiczna i skład chemiczny
   • formowanie się chmur
   • globalne ruchy atmosfery napędzane energią słoneczną - cyrkulacja Hadley´a, pływy termiczne, przepływy kondensacyjne
   • jonosfera
   • zjawiska atmosferyczne: poświata atmosfery, zorza polarna
   • astronomiczne (zewnętrzne) i planetarne (wewnętrzne) czynniki sterujące klimatem
   • pochodzenie atmosfer: atmosfery pierwotne i wtórne
   • termiczne mechanizmy utraty atmosfer: ucieczka termiczna (Jeansa), ucieczka hydrodynamiczna
   • nietermiczne mechanizmy utraty atmosfer: erozja zderzeniowa, wymiana ładunku, wiatr polarny, ucieczka dysocjacyjna, rozpryskiwanie
   • atmosfery wybranych planet i księżyców Układu Słonecznego
7. część 7: plazma i pola magnetyczne w Układzie Słonecznym
   • wiatr słoneczny i międzyplanetarne pole magnetyczne (pochodzenie, cechy, propagacja)
   • oddziaływanie wiatru słonecznego z ciałami Układu Słonecznego: obiekty bez własnego pola magnetycznego
   • oddziaływanie wiatru słonecznego z ciałami Układu Słonecznego: obiekty z własnym polem magnetycznym
   • ruch cząstek w pasach radiacyjnych
   • źródła i utrata cząstek magnetosferycznych
   • magnetosfery ciał w Układzie Słonecznym
8. część 8: małe ciała Układu Słonecznego, pył międzyplanetarny
   • nazewnictwo
   • pył międzyplanetarny
   • meteoroidy (klasyfikacja i budowa, przejście przez atmosferę, wykorzystanie meteoroidów do określania składu chemicznego i wieku Układu Słonecznego)
   • bliskie planetoidy i ich klasyfikacja - planetoidy bliskie Ziemi, główny pas planetoid, planetoidy trojańskie Jowisza i planet wewnętrznych
   • dalekie planetoidy i ich klasyfikacja - centaury, klasyczne/rezonacyjne obiekty pasa Kuipera, obiekty dysku rozproszonego, dalekie obiekty odłączone, obiekty obłoku Oorta
   • komety (budowa, aktywność)
   • różnorodność pierścieni planet olbrzymów
9. część 9: pozasłoneczne układy planetarne
   • ogólna definicja planety
   • metody wykrywania planet: chronometraż pulsarów/układów podwójnych, metoda prędkości radialnych, astrometria, metoda tranzytu i chronometrażu tranzytu, mikrosoczewkowanie grawitacyjne, obrazowanie, metoda dysków planetarnych i inne
   • statystyczne cechy znanych egzoplanet i ich gwiazd macierzystych
   • histogram mas i promieni egzoplanet - cechy charakterystyczne i próby ich wyjaśnienia (radius gap, radius cliff)
   • wykres masa-promień - planetarny odpowiednik wykresu H-R(?)
   • próby klasyfikacji znanych planet
10. część 10: powstawanie układów planetarnych
    • dane do zbudowania modelu powstawania układu planetarnego
    • obserwacyjne warunki brzegowe dla modeli, znaczenie Układu Słonecznego
    • podstawowe etapy formowania się układu planetarnego

slajdy z wykładu

1. część 1: świat układów planetarnych
2. część 2: energia i jej przenoszenie
3. część 3: dynamika układu planetarnego
4. część 4: budowa wewnętrzna obiektów Układu Słonecznego
5. część 5: powierzchnie obiektów Układu Słonecznego
6. część 6: atmosfery obiektów Układu Słonecznego
7. część 7: plazma i pola magnetyczne w Układzie Słonecznym
8. część 8: małe ciała Układu Słonecznego, pył międzyplanetarny
9. część 9: pozasłoneczne układy planetarne
10. część 10: powstawanie układów planetarnych

literatura

• Frank Shu: Galaktyki, gwiazdy, życie. Fizyka Wszechświata
• Rothery, McBride, Gilmour: An Introduction to the Solar System
• Abell, Morrison, Wolff: Exploration of the Universe
• Murray, Dermott: Solar System Dynamics
• Wierzbiński: Mechanika nieba
• Pater, Lissauer: Planetary Sciences
• Artymowicz: Astrofizyka Układów Planetarnych
• Karttunen i inni: Astronomia ogólna
• mnóstwo źródeł internetowych, np: Planetary Science (www.astronomynotes.com/solarsys/chindex.htm), Exploring the planets (explanet.info), Planetary Science Research Discoveries (www.psrd.hawaii.edu)
• dobre filmy dokumentarne, np. Wonders of the Solar System (BBC, 2010; wydany w Polsce pt. Magia Układu Słonecznego)