Hvorfor er planeternes baner sådan som de er? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Astrofysik > Hvorfor er planeternes...

29. marts 2011

Hvorfor er planeternes baner sådan som de er?

Hej NBI,
Vi er en gruppe unge, der er ret interesserede i astronomi, og vi har undret os over, hvordan det kan være, at planeternes baner om Solen er, som de nu er, og hvorfor de ikke krydser hinanden.

På forhånd tak!

Med venlig hilsen
An, Christine, Simone, Maria, Phillip, Jacob og Mathias

 

 

Planetbanerne er generelt næsten cirkler, det er mere præcist ellipser, hvor Solen ligger i det man kalder det ene brændpunkt.

Der er to brændpunkter F1 og F2 , og hvis man skærer en ellipse over på midten vinkelret på den lange led er brændpunktet stort set det sted, hvor lyset samles, hvis man spejler indkommet lys i ellipsen. Disse planetbaner er forholdsvis konstante (de har trods alt været der i over 4 milliarder år), men ikke helt.

Tyngdekraften fra en masse aftager med afstandens kvadrat altså dobbelt afstand 4 gange mindre kraft, og er proportional med massen af det legeme, der giver tyngden. Solen er jo den tungeste og har en dominerende virkning. Men alle planeterne påvirker jo også hinanden, især gælder det den tunge Jupiter, som påvirker de andre. Da de løber rundt med forskellig omløbstid, er der forfærdelig mange kombinationer af påvirkninger, så banerne ændres hele tiden en lille smule.

Legeme Middelafstand fra solen millioner km. Excentricitet Masse i forhold til Jorden. Jordmassen er 5,976*1024 kg. Omløbstid, siderisk år
Merkur 57,9 0,2056 0,055 0,241
Venus 108,2 0,0068 0,815 0,615
Jorden 149,6 0,0167 1,0 1,0
Mars 228,0 0,0934 0,107 1,881
Ceres** 414 0,080 0.0002 4,60
Jupiter 778,3 0,0484 317,833 11,862
Saturn 1429,4 0,0557 95,159 29,42
Uranus 2875 0,0472 14,500 83,75
Neptun 4504 0,0086 17,204 163,72
Pluto* 5916 0,249 0,0021 248,02
Solen     332831  


* Pluto er en dværgplanet
** Ceres en dværgplanet imellem Mars og Jupiter i asteroidebæltet

Excentriciteten, e, hænger sammen med den længste akse, a, og korteste akse, b, i ellipsen ved 1-e2 = (b/a)2 eller med andre ord, hvis e er stor, er der væsentlig forskel på akselængderne.

Planeterne, bortset fra dværgplaneten Pluto, ligger stort set i et plan

Plutos bane hælder 17 grader i forhold til de andre planeter. Desuden er banen så langstrakt, (1-e2 ) er 0,93 - det betyder, at Pluto kommer indenfor Neptun, når den er nærmest solen. Det var den fra 1979 til 1999. Den ligger i perioder fra 13 til 20 år, hvor Neptun er den yderste planet, idet Neptun forstyrrer Plutos bane på en regelmæssig måde, så tidsrummet i nogen grad skifter imellem de to tidsrum. Pluto var indenfor Neptuns bane fra 1979 til 1999. Det er fordi Neptun ændrer Plutos bane på en regelmæssig måde.

De øvrige planeter har (1-e2) større end 0,99 dvs. næsten cirkelbaner (Når Jorden er nærmest: 1,4710*1011 km og når den er fjernest: 1.5210*1011 km eller ca. 3 % forskel), bortset fra Merkur, som har 0,95, det betyder, at Merkur er ca. 46 millioner km fra Solen, når den er nærmest, fjernest ca. 70 millioner km, men den er stadig langt fra Venus. Der er ikke noget principielt matematisk i vejen for et sammenstød, men mig bekendt har computer gennemregninger ikke vist noget sammenstød. Det er imidlertid komplekst med de mange indgående legemer. Om der har været nogen i fortiden, er imidlertid noget andet.

Da alle de øvrige planeter er i nært cirkulære baner, kommer de derfor næppe i konflikt med hinanden.

Andre objekter i solsystemet - kometer

I 1705 forudså Edmond Halley, ved brug af Newtons nyligt formulerede bevægelseslove, at den komet, der var var blevet set i 1531, 1607 og 1682 ville vende tilbage i 1758 (hvilket var efter hans død). Kometen vendte tilbage, præcis som han havde forudsagt, og fik navn til hans ære.

Ud over planeterne, har solsystemet en række andre objekter, som bevæger sig i langstrakte baner om solen. Det er kometer. Kernen i de regelmæssigt opdukkende kometer er fra 100 m til 40 km. Det er klippe, støv, vand is, kuldioxid is osv., NASA kaldte dem efter besøget på kometen Wild 2 for beskidte snebolde.

Halleys komet er 0,6 gange jordens afstand fra solen, når den er nærmest og 35 gange jordafstanden til solen, når den er fjernest (dvs. omkring Plutos bane).

Tilsvarende erfaring var der med det Europæiske Giotto rumskib, som fløj tæt forbi Halleys komet. Den ser vi hvert 75. - 76. år. Vi kender mindst 4100 kometer. Man kender kometer med perioder fra ca. 20 år til ca. 1 million år, og nogle kommer måske kun en gang. De lange omløbstider skyldes yderst langstrakte baner, så de kommer forbi en stor del af planeterne. 

Sammenstød mellem planeter og kometer 

Netop kometer kan have sammenstød med planeterne, det skete i 1994, hvor Shoemaker-Levy kometen kom så tæt til Jupiter, at den blev trukket i en række stykker af Jupiters enorme tyngdekraft, og slog ned på Jupiter.

Shoemaker-Levy efter den blev trukket istykker.

Selv en af de mindste kometer vil, hvis de rammer Jorden, kunne ødelægge vor nuværende civilisation. Tager man en 20 km i diameter is vil den veje omkring 4*1015 kg, hastigheden i forhold til jorden er fra 30 km/s til 60 km/s. Den kinetiske (bevægelses) energi bliver så omkring 2*1024 Joule.

Shoemaker-Levy nedslag, de lysende områder er meget større end jorden

Den globale energiproduktion, med alle typer af brændsel, sol- vind og vandenergi medregnet, var i 2008 på 472*1018 Joule. Dette vil altså give en energi der er 500 gange større i et nu.

Man regner med at alle genstande fra rummet, der er 10 km i diameter eller derover, vil kunne ødelægge den nuværende civilisation.

Kometer er bestemt noget, man forsøger at holde øje med, og kende deres baner bedst muligt. Der kan endeligt også komme masser ude fra universet udenfor solens område på engangsbesøg. Sådanne masser har man ingen erfaring med.

Der er et program, hvor man søger at holde øje med sådanne objekter, men for tiden vil man nok ikke kunne gøre så meget, hvis man opdager en komet på kollisionskurs med Jorden. Hvis man var forberedt, og det vil man nok på sigt søge at blive, så vil man sætte en lille raketmotor (nok en ionmotor) på siden af objektet, når det er langt væk, og så skubbe til det indtil banen går forbi jorden.

Det er bestemt ikke umuligt at dreje banen i løbet af en række måneder, men det kræver, at en raket med udstyret er klar, og at den derefter flyver imod objektet. Raketten skal have samme hastighed som objektet (måske 30 km/s i modsat retning), og lande med raketmotoren og starte den.

Med venlig hilsen
Malte Olsen