2. PLANĒTAS. Elektroniskā grāmata

Titullapa

Ilgonis Vilks

Elektroniskā grāmata "Planētas"

Materiāls izstrādāts ESF Darbības programmas 2007. - 2013. gadam „Cilvēkresursi un nodarbinātība” prioritātes 1.2. „Izglītība un prasmes” pasākuma 1.2.1. „Profesionālās izglītības un vispārējo prasmju attīstība” aktivitātes 1.2.1.2. „Vispārējo zināšanu un prasmju uzlabošana” apakšaktivitātes 1.2.1.1.2. „Profesionālajā izglītībā iesaistīto pedagogu kompetences paaugstināšana” Latvijas Universitātes realizētā projekta „Profesionālajā izglītībā iesaistīto vispārizglītojošo mācību priekšmetu pedagogu kompetences paaugstināšana” (Vienošanās Nr. 2009/0274/1DP/1.2.1.1.2/09/IPIA/VIAA/003, LU reģistrācijas Nr. ESS2009/88) īstenošanai.

Rīga, 2011

2.1. Saules sistēma

Planētu izvietojums un kustība. Zemes grupas planētas un milzu planētas. Pundurplanētas, komētas un asteroīdi. Ar Latviju saistītie asteroīdi.

Apskati Saules sistēmas planētu izmērus salīdzinājumā ar Sauli un citām zvaigznēm

Planētu kustība

Saules sistēmā ietilpst Saule, astoņas lielās planētas un citi, mazāki debess ķermeņi. Attālumu secībā no Saules lielās planētas ir izvietotas šādi: Merkurs, Venēra, Zeme, Marss, Jupiters, Saturns, Urāns un Neptūns. Katra planēta atrodas no Saules aptuveni divas reizes tālāk nekā iepriekšējā. Tas nozīmē, ka Saules sistēmas iekšējā daļā planētas izvietotas blīvāk, bet ārējā daļā - retināti. Lielās planētas kustas ap Sauli vienā virzienā. Trajektorijas, pa kurām tās pārvietojas - planētu orbītas atrodas aptuveni vienā plaknē. Planētu kustība ap Sauli notiek saskaņā ar vācu astronoma Johannesa Keplera formulētajiem likumiem, kas izriet no vispasaules gravitācijas likuma. Keplera likumi ir spēkā ne tikai Saules sistēmas planētām, bet jebkuram debess ķermenim, kas riņķo ap centrālo ķermeni, piemēram, Mēnesim un Zemes mākslīgajam pavadonim, kas riņķo ap Zemi.

1. Keplera likums - planēta kustas ap Sauli pa elipsi, kuras vienā fokusā atrodas Saule. Tas nozīmē, ka, planētai kustoties pa orbītu, tās attālums no Saules mainās. Tas ir vismazākais punktā, ko sauc par perihēliju, bet vislielākais punktā, ko sauc par afēliju.

2. Keplera likums - taisne, kas savieno Sauli un planētu, vienādos laika sprīžos apraksta vienādus laukumus. Būtībā tas nozīmē to, ka mainās planētas kustības ātrums. Vislielākais tas ir perihēlijā, bet vismazākais - afēlijā.

3. Keplera likums - planētas apriņķojuma perioda kvadrāts ir proporcionāls planētas orbītas lielās pusass kubam. Apriņķojuma periods ir laika intervāls, kurā planēta veic vienu apriņķojumu ap Sauli. Orbītas lielā pusass ir vienāda ar planētas vidējo attālumu no Saules. Tātad, trešais Keplera likums saista planētu apriņķošanas periodus ar to orbītu izmēriem.


Saules sistēmas planētu izvietojuma shēma. Vikipēdijas attēls	Galvenie lielumi, kas raksturo planētas orbītu. I. Vilka zīmējums

Par Saules sistēmu lasi vēl Vikipēdijā

Izpēti animācijā planētu kustību saskaņā ar Keplera likumiem. Palaid animāciju (start animation). Izvēlies 1. likumu un vēro, kā mainās planētas attālums no Saules. Iezīmē lauciņu semimajor axis (lielā pusass). Izvēlies 2. likumu un vēro, kā mainās planētas kustības ātrums. Dažādās orbītas vietās nospied pogu start sweeping (sākt iezīmēšanu). Izvēlies 3. likumu, izvēlies planētu un nospied OK. Nolasi planētas apriņķošanas periodu P (gadi) un orbītas lielo pusasi a (astronomiskās vienības).

Kura planēta ātrāk kustas pa orbītu - Venēra vai Marss?
Cik ilgā laikā Jupiters apriņķo Sauli?
Noskaidro internetā, cik kilometru ir vienā astronomiskajā vienībā!

Zemes grupas planētas

Pēc fizikālajām īpašībām lielās planētas iedala divās grupās: Zemes tipa planētas un milzu planētas. Zemes tipa planētas - Merkurs, Venēra, Zeme un Marss - ir salīdzinoši nelielas, tām ir cieta, klinšaina virsma. Šajā ziņā izņēmums ir Zeme, uz kuras ir daudz ūdens un ledus. Šo planētu atmosfēra ir dažāda. Merkuram praktiski nav atmosfēras, Venēras atmosfēra ir blīva, bet Marsa – retināta. Marsa un Venēras atmosfēra sastāv galvenokārt no ogļskābās gāzes. Zemes atmosfēras galvenā atmosfēras sastāvdaļa ir slāpeklis. Cik zināms, visu četru planētu iekšienē atrodas no metāliem sastāvošs kodols, ko apņem biezāka vai plānāka mantija. Planētas ārējo slāni veido garoza. Zemes tipa planētām ir maz pavadoņu. Merkuram un Venērai pavadoņu nav nemaz, Zemes pavadonis ir Mēness, bet Marsam ir 2 nelieli pavadoņi.

Zemes grupas planētu galvenie raksturlielumi

Planēta	Vidējais attālums no Saules, AU	Apriņķošanas periods, gadi	Diametrs, km	Masa, kg×10²⁴
Merkurs	0,39	0,24	4879	0,330
Venēra	0,72	0,62	12 104	4,869
Zeme	1,00	1,00	12 756	5,974
Marss	1,52	1,88	6794	0,642

Zemes grupas planētas ir nelielas. No kreisās: Merkurs, Venēra, Zeme, Marss pareizās izmēru proporcijās. Vikipēdijas attēls, pārveidots

Par Zemes tipa planētām lasi vēl Vikipēdijā: Merkurs, Venēra, Zeme, Marss

Apskati videomateriālā Venēru (komentārs angļu valodā)

Kādā virzienā griežas Venēra salīdzinājumā ar Zemi?
Noskaidro uzziņu literatūrā vai internetā, cik augsta temperatūra ir uz Venēras virsmas!

Milzu planētas

Četras milzu planētas ir Jupiters, Saturns, Urāns un Neptūns. Tās sastāv galvenokārt no ūdeņraža un hēlija. Planētas ārējo slāni veido bieza, blīva atmosfēra, kurā atrodas arī metāns un amonjaks. Tā kā visas šīs planētas atrodas tālu no Saules, tās saņem maz siltuma un atmosfēras temperatūra ir zema: -140 °C uz Jupitera, -175 °C uz Saturna, -210 °C uz Urāna un -215 °C uz Neptūna. Blīvā atmosfēra rada lielu atmosfēras spiedienu. Pie noteikta spiediena ūdeņradis un hēlijs kļūst šķidri un atmosfēra pakāpeniski pāriet planētas šķidrajā daļā. Pašā planētas vidū atrodas no iežiem sastāvošs kodols. Milzu planētu īpatnība ir to gredzeni. Gredzeni sastāv no daudziem sīkiem ledus gabaliņiem, kas riņķo ap planētu. Visizteiksmīgākā gredzenu josla ir Saturnam. Milzu planētām ir arī daudz pavadoņu - Jupiteram vismaz 63, Saturnam vismaz 62, Urānam vismaz 27 un Neptūnam vismaz 13 pavadoņi.

Milzu planētu galvenie raksturlielumi

Planēta	Vidējais attālums no Saules, AU	Apriņķošanas periods, gadi	Diametrs, km	Masa, kg×10²⁴
Jupiters	5,20	11,86	142 984	1898,8
Saturns	9,55	29,47	120 536	568,50
Urāns	19,22	84,04	51 118	86,63
Neptūns	30,11	164,80	49 528	102,78

Milzu planētas ir lielas. No kreisās: Jupiters, Saturns, Urāns un Neptūns pareizās izmēru proporcijās. Vikipēdijas attēls, pārveidots

Par milzu planētām lasi vēl Vikipēdijā: Jupiters, Saturns, Urāns, Neptūns

Apskati videomateriālā Saturnu un zondes lidojumu uz šo planētu (komentārs angļu valodā)

Kas atrodas Saturna kodolā?
No kā sastāv Saturna gredzeni?

Mazie ķermeņi

Lielās planētas ir lieli, apaļi debess ķermeņi, kuru apkaimē nav citu līdzīga izmēra objektu. Taču Saules sistēmā ir arī daudz sīkāku debess ķermeņu.

Pundurplanētas ir mazākas par lielajām planētām. Tās arī ir apaļas, taču to apkaimē ir vēl citi līdzīga izmēra objekti. 2011. gadā bija zināmas 5 pundurplanētas: Cerera, Plutons, Erīda, Haumeja un Makemake. Cerera atrodas asteroīdu joslā, bet pārējās pundurplanētas - Saules sistēmas ārējā daļā. Erīda un Plutons ir lielākās pundurplanētas, to diametrs pārsniedz 2000 km. Cerera sastāv no iežiem, bet pārējo pundurplanētu sastāvā, domājams, ir daudz ledus.

Planētu pavadoņi riņķo ap planētām. Tie var būt gan lielāki par Zemes vienīgo dabisko pavadoni Mēnesi, gan arī pavisam sīki. Jupiteram un Saturnam ir ļoti daudz pavadoņu. Četri lielākie Jupitera pavadoņi ir Jo, Eiropa, Ganimēds un Kallisto. Ganimēds pat ir lielāks par Saulei tuvāko planētu – Merkuru. Saturna lielākais pavadonis Titāns ir īpašs ar to, ka tam vienīgajam no planētu pavadoņiem ir blīva atmosfēra.

Asteroīdi ir dažāda lieluma neregulāras formas klinšu bluķi. Lielākā daļa asteroīdu jeb mazo planētu izvietoti asteroīdu joslā, kas atrodas starp Marsa un Jupitera orbītām. Asteroīdu orbītām ir dažāda forma un dažāds noliekuma leņķis attiecībā pret Zemes orbītas plakni. Vairāk nekā pusmiljonam asteroīdu ir noteiktas orbītas, taču ir vēl daudz tādu, kas pagaidām nav novērojami no Zemes niecīgo izmēru dēļ. Lielākie asteroīdi ir Pallāda (544 km) un Vesta (529 km). Asteroīdu virsma var būt gan gaiša, gan tumša, to klāj meteorītu triecienu radīti krāteri un putekļi. Asteroīdiem nav atmosfēras un to temperatūra pat Saules apspīdētajā pusē nepārsniedz -100°C. Asteroīdiem mēdz būt pavadoņi.

Komētas. Pavisam zināmas vairāk nekā 4000 komētas, bet to patiesais skaits ir daudz lielāks. Tās riņķo ap Sauli pa ļoti izstieptām orbītām. Pastāv komētas, kas atgriežas pie Saules ik pēc dažiem gadiem, bet lielai daļai komētu apriņķojuma periods ir tūkstoši un pat miljoni gadu. Vispazīstamākā ir Haleja komēta, kas atgriežas pie Saules reizi 76 gados. Komētas ir nelielas. Piemēram, Heila-Bopa komētas diametrs ir aptuveni 40 km. Komētas galvenokārt sastāv no sasaluša ledus un sasaluša oglekļa dioksīda, iežiem un putekļiem. Tuvojoties Saulei komēta sakarst un sasalušās vielas sāk iztvaikot. Komētai izveidojas apvalks un gāzu - putekļu aste, kas vienmēr vērsta projām no Saules.

Koipera joslas objekti. Koipera josla atrodas Saules sistēmas ārējā daļā aiz Neptūna orbītas. Šeit atklāti vairāk nekā 1000 dažāda diametra objekti un atrodas lielākā daļa pundurplanētu. Atšķirībā no asteroīdiem, kas sastāv galvenokārt no iežiem un metāliem, Koipera joslas objektu galvenā sastāvdaļa ir sasalušas vielas - metāns, amonjaks un ūdens. Tā kā šie objekti atrodas tālu no Zemes, novērojumi ar teleskopiem sniedz maz informācijas. 2015. gadā Koipera joslā lidos zonde, kas veiks tiešus mērījumus.


Pundurplanēta Cerera. Diametrs 975 km. Habla kosmiskā teleskopa attēls	Jupitera pavadonis Jo. Diametrs 3642 km. NASA attēls	Asteroīds Ida. Garums 54 km. NASA attēls	Maknota komēta. Vikipēdijas attēls

Par Saules sistēmas mazajiem ķermeņiem lasi vēl projektā Astronomija tīklā

Apskati animācijā Čurjumova-Gerasimenko komētas kustību un izskata pārmaiņas. Palaid animāciju, nospiežot pogu Forward. Ja nepieciešams, maini animācijas ātrumu (Faster/Slower) un attēla palielinājumu (Zoom in/Zoom out)

Kā novietota komētas aste, komētai attālinoties no Saules?
Aptuveni cik liels ir astes maksimālais garums? Attālums no Saules līdz Zemei ir 150 miljoni kilometru.
Kurā gadā komēta atradīsies tuvu Zemei?
Aptuveni cik ilgā laikā komēta apriņķo Sauli?

Latvija debesīs

Vairāki desmiti asteroīdu un virsmas veidojumu uz planētām nosaukti ar Latviju saistītos vārdos. Ap Sauli riņķo 14 šādi asteroīdi (2011. gadā), tiem devuši nosaukumus Latvijas astronomi vai citu valstu astronomi, kas sadarbojas ar mūsu valsts zinātniekiem. Pirmais šāds asteroīds 1934. gadā tika nosaukts par Latviju, 1971. gadā tam sekoja Rīga. Vairāki asteroīdi nosaukti Latvijas astronomu un ievērojamu personu vārdos, bet citu nosaukumi saistīti ar senajiem vietvārdiem. Mēness neredzamajā pusē atrodas raķešu dzinēju konstruktora Fridriha Candera vārdā nosaukts krāteris, kura diametrs ir 181 kilometrs. Uz Merkura atrodas ievērojamā latviešu dzejnieka Raiņa (Jāņa Pliekšāna) vārdā nosaukts krāteris, bet uz Marsa krātera nosaukumā iemūžināta Latvijas pilsēta Talsi. Uz Venēras vairāki lieli virsmas veidojumi nosaukti ar latviešu folkloru saistītos vārdos, bet nelieli krāteri - latviešu sieviešu vārdos.


Candera (Tsander) krāteris uz Mēness. NASA attēls	Asteroīds Šteins. Eiropas kosmiskās aģentūras attēls

Asteroīdi

Nosaukums	Diametrs, km	Nosaukšanas gads	Ar ko saistīts?
Latvia	36,8	1934	Latvijas Republika
Riga	73,8	1971	Latvijas galvaspilsēta
Dirikis	25,7	1974	astronoms Matīss Dīriķis
Vasilevskis	16	1977	astronoms S. Vasiļevskis
Šteins	9	1986	astronoms Kārlis Šteins
Krišbarons	9	1985	Dainu tēvs Krišjānis Barons
Artmane	7	1996	aktrise Vija Artmane
Balodis	7	1992	ģeodēzists Jānis Balodis
Agita	5	1992	programmētāja A. Tarasova
Vasks	9	2006	komponists Pēteris Vasks
Duna	10	2007	Daugava
Mitau	8	2007	Jelgava
Kurland	9	2007	Kurzeme
Valmiera	9	2008	Valmiera

Par asteroīdiem lasi vēl: Latvijas Astronomijas biedrības mājas lapā

Virsmas veidojumi

Nosaukums	Debess ķermenis	Izmēri, km	Nosaukšanas gads
Austras ieleja	Venēra	600	1997
Dēklas mozaīka	Venēra	1363	1985
Elza, krāteris	Venēra	18	1994
Ilga, krāteris	Venēra	10,8	1994
Kara mātes grava	Venēra	1800	1997
Kiris, krāteris	Venēra	13,3	1994
Laimas mozaīka	Venēra	971	1985
Laimdotas zemiene	Venēra	1800	1997
Laumas kore	Venēra	1517	1985
Lineta, krāteris	Venēra	15,6	1994
Maranda, krāteris	Venēra	16,8	1994
Meža mātes padziļin.	Venēra	506	1985
Raganas kore	Venēra	950	1997
Rajnis, krāteris	Merkurs	82	1976
Spīdolas kore	Venēra	950	1997
Talsi, krāteris	Marss	9,6	1976
Tsander, krāteris	Mēness	181	1970
Vallija, krāteris	Venēra	15,2	1994
Vēja mātes kore	Venēra	1600	1997
Zemlikas ovāls	Venēra	150	1997

Apskati video starpplanētu zondes lidojumu garām asteroīdam "Šteins"

2.2. Planētu izpēte

Kosmiskie aparāti planētu pētniecībai. Planētu izpētes rezultāti.

Apskati animācijā Marsa izpētes rovera Curiosity nolaišanos (ieslēdz skaņu!)

Planētu zondes

Automātiskās starpplanētu zondes izmanto Saules sistēmas debess ķermeņu un starpplanētu telpas izpētei. Starpplanētu zondi palaiž kosmosā jaudīga nesējraķete. Ceļā uz galamērķi tiek veikta viena vai vairākas orbītas korekcijas. Lidojums līdz tuvākajām planētām ilgst vairākus mēnešus, bet līdz tālākajām - vairākus gadus. Aparatūras funkcionēšanai nepieciešamo enerģiju dod saules baterijas, ja lidojuma mērķis nav tālu no Saules, bet zondēs, kas lido uz tālajām planētām, izmanto ģeneratorus, kas radioaktīvo vielu sabrukšanas siltumu pārveido elektroenerģijā. Gan lidojuma, gan planētas izpētes laikā starpplanētu zondes darbību vada specializēts borta dators, kas saņem arī radiokomandas no Zemes. Kad starpplanētu zonde sasniegusi mērķi, tā veic pētījumus no pārlidojuma trajektorijas, vai ieiet orbītā ap debess ķermeni un kļūst par tā mākslīgo pavadoni. Ja lidojuma programmā paredzēta nolaišanās, tad zonde tiek apgādāta ar nolaižamo aparātu. Tam ir bremzēšanas iekārta (izpletnis, gaisa spilveni vai raķešdzinējs), kas ļauj veikt lēno nosēšanos. Nolaižamajā aparātā izvietota aparatūra mērījumiem planētas atmosfērā un uz virsmas. Tas arī var nogādāt uz pētāmo debess ķermeni pašgājēju aparātu - roveri. Iegūtos datus ar radiosignāliem pārraida uz Zemi. Tā kā zondes raidītie signāli ir vāji, to uztveršanai izmanto radioteleskopu.


Zonde pie Saturna. NASA zīmējums	Nolaišanās Jupitera atmosfērā. NASA zīmējums	Roveris uz Marsa. NASA zīmējums

Par Marsa izpētes zondēm lasi vēl Vikpēdijā

Kāpēc saules baterijas var izmantot tikai lidojumos Saules sistēmas iekšējā daļā?
Kāpēc uz Marsa nevar nolaisties ar izpletni?

Apskati videoanimācijā kosmiskā aparāta nolaišanos uz Saturna pavadoņa Titāna

Izpētes rezultāti

Saules sistēmas izpēte ar starpplanētu zondēm, kas sākās 20. gadsimta 60. gados, ir ievērojami paplašinājusi mūsu zināšanas par kosmosu aiz Zemes robežām. Atšķirībā no novērojumiem ar teleskopu no Zemes, zondes veic tiešus mērījumus debess ķermeņu tuvumā vai uz tiem. Cilvēki ir bijuši tikai uz Mēness, bet zondes ir apmeklējušas visas 8 lielās planētas. Veikti lidojumi arī uz asteroīdiem, komētām, planētu pavadoņiem. Uz Mēness un Marsa ir darbojušies visurgājēji. Zondes ir sasniegušas Saules sistēmas nosacīto robežu aptuveni 100 astronomisko vienību attālumā no Saules, sākas Koipera joslas izpēte. Šo pētījumu rezultātā noskaidroti apstākļi uz planētām un citiem objektiem - temperatūra, spiediens, atmosfēras un virsmas sastāvs, aptuvenā dzīļu uzbūve, izmērīts magnētiskais lauks. Iegūti daudzi tūkstoši attēlu. Uz Zemes nogādāti Mēness iežu un komētu putekļu paraugi.

Objekts	Kāda būtiska atziņa
Mēness	Mēness polos ir ledus, no kā var iegūt ūdeni.
Merkurs	Merkurs griežas tā, ka diennakts garums iznāk lielāks par gada garumu.
Venēra	Uz Venēras ir daudz karstāks nekā uz Zemes.
Marss	Uz Marsa ir samērā daudz ledus, bet agrāk bijis mitrs un silts klimats.
Jupiters	Jupiters ir līdzīgs Saulei, tā sastāvā ir daudz ūdeņraža un hēlija.
Saturns	Saturna gredzens sastāv no simtiem tūkstošu atsevišķu gredzentiņu.
Urāns	Urāns "ripo ap Sauli" sagāzies uz sāniem.
Neptūns	Uz Neptūna valda stipri vēji.
Asteroīdi	Uz asteroīdiem ir meteorītu krāteri un tiem mēdz būt pavadoņi.
Komētas	Komētu kodoli ir nelieli un tos veido ļoti irdeni materiāli.
Titāns	Uz Saturna pavadoņa Titāna līst šķidra metāna lietus.


Venēras virsma ir ļoti karsts, akmeņains tuksnesis.	Saturna gredzens sastāv no daudziem sīkiem gredzentiņiem. NASA attēls

Komētas kodols ir neliels un irdens. NASA attēls	Uz Marsa zem grunts virskārtas ir ledus. NASA attēls

20. gadsimta vidū Venēru sauca par Zemes dvīņumāsu. Kāpēc tagad vairs neizmanto šo salīdzinājumu?
Kādi, tavuprāt, ir svarīgākie Saules sistēmas pētījumi, kas jāveic tuvākajās desmitgadēs?

Apskati video astronautu pārvietošanos pa Mēness virsmu ar roveri

Site:	Profesionālajā izglītībā iesaistīto vispārizglītojošo mācību priekšmetu pedagogu kompetences paaugstināšana
Course:	FiziT009 : Vispārizglītojošā fizika profesionālajā izglītībā
Book:	2. PLANĒTAS. Elektroniskā grāmata

Printed by:	Guest user
Date:	Friday, 26 April 2024, 9:10 PM