49ο ΓΕΝΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΑΘΗΝΩΝ
Πρόλογος Εισαγωγή: Πλανητικά Καιρικά Φαινόμενα Ερμής Αφροδίτη Άρης Δίας Κρόνος Ουρανός Ποσειδώνας Πλούτωνας Δορυφόροι
Γη Επίλογος ΕΤΗΣΙΑ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ 2019 Βιβλιογραφία
Κρόνος
Ο Κρόνος είναι ένας άλλος πλανήτης που ενεργοποιεί τα καιρικά του φαινόμενα χάρη στην εσωτερική του θερμότητα. Επειδή, όμως, ο Κρόνος έχει μικρότερη μάζα από τον Δία, το πιθανότερο είναι ότι η αρχέγονη θερμότητα, που συσσωρεύτηκε στο εσωτερικό του, έχει ήδη διαχυθεί στο Διάστημα.
Γι’ αυτό και πολλοί αστρονόμοι θεωρούν ότι η περίσσεια θερμότητας που συνεχίζει να εκλύει ο Κρόνος οφείλεται στις σταγόνες ηλίου που σχηματίζονται στην ατμόσφαιρά του και πέφτουν προς το εσωτερικό του, μετατρέποντας τη δυναμική τους ενέργεια σε κινητική και εντέλει διά μέσου της τριβής σε θερμότητα.
Ο Κρόνος είναι ο έκτος πλανήτης σε σχέση με την απόστασή του από τον Ήλιο και ο δεύτερος σε μέγεθος του Ηλιακού συστήματος μετά τον Δία, με διάμετρο στον ισημερινό του 120.660 χιλιόμετρα ενώ ανήκει στους λεγόμενους γίγαντες αερίων. Το όνομά του προέρχεται από τον Κρόνο της αρχαίας ελληνικής μυθολογίας και σχετίζεται με την λέξη χρόνος.
Metropolitan Museum of Art, New York 460 – 450 π,χ.
Λόγω της μεγάλης μάζας του Κρόνου και της μεγάλης βαρύτητας, οι συνθήκες που παράγονται στον Κρόνο είναι ακραίες. Οι εσωτερικές πιέσεις και θερμοκρασίες είναι πέρα από οτιδήποτε μπορεί να αναπαραχθεί πειραματικά στη Γη. Το εσωτερικό του Κρόνου πιθανώς αποτελείται από έναν στερεό πυρήνα σιδήρου, νικελίου, πυριτίου και ενώσεις οξυγόνου και περιβάλλεται από ένα βαθύ στρώμα μεταλλικού υδρογόνου, ένα ενδιάμεσο στρώμα του υγρού υδρογόνου και υγρού ηλίου, καθώς και ένα εξωτερικό στρώμα αερίων. Το ηλεκτρικό ρεύμα μέσα στο στρώμα μεταλλικού υδρογόνου είναι πιθανό να δημιουργεί ένα πλανητικό μαγνητικό πεδίο, που είναι ελαφρώς πιο αδύναμο από το γήινο μαγνητικό πεδίο αν συγκριθούν στις επιφάνειες των πλανητών και περίπου το ένα εικοστό της ισχύος του πεδίου γύρω από τον Δία. Η εξωτερική ατμόσφαιρα έχει γενικά ήπια εμφάνιση, αν και μπορούν να εμφανιστούν χαρακτηριστικά μακράς διάρκειας ζωής. Η ταχύτητα του ανέμου στον Κρόνο μπορεί να φτάσει 1.800 χλμ/ώρα, πολύ μεγαλύτερη από εκείνη στον Δία.
Ο Κρόνος διαθέτει εννέα δακτυλίους, οι οποίοι αποτελούνται από σωματίδια σκόνης και πάγου, και πλέον 82 δορυφόρους, χωρίς να συνυπολογίζονται οι μικροί δορυφόροι και οι έλικες. Ο μεγαλύτερος δορυφόρος του Κρόνου, ο Τιτάνας, είναι ο μόνος δορυφόρος στο Ηλιακό σύστημα με πυκνή ατμόσφαιρα.
Δορυφόροι Κρόνου
Ο Κρόνος ανακηρύχτηκε «βασιλιάς των φεγγαριών» του ηλιακού μας συστήματος καθώς Αμερικανοί αστρονόμοι ανακάλυψαν 20 άγνωστους, έως τώρα, μικρούς δορυφόρους του πλανήτη, γεγονός που τον φέρνει μπροστά από τον Δία που έχει 79. Και τα 20 νέα φεγγάρια του Κρόνου είναι πολύ μικρά, με διάμετρο περίπου πέντε χιλιομέτρων. Από αυτά, τα 17 έχουν ανάδρομη τροχιά, δηλαδή κινούνται γύρω από τον Κρόνο σε αντίθετη κατεύθυνση από την φορά της περιστροφής του πλανήτη τους. Τα 17 αυτά φεγγάρια χρειάζονται πάνω από τρία γήινα χρόνια για να ολοκληρώσουν μια περιφορά πέριξ του Κρόνου. Ένα από αυτά είναι ο πιο μακρινός δορυφόρος του Κρόνου που έχει βρεθεί. Από τα τρία φεγγάρια που κινούνται στην ίδια κατεύθυνση με τον Κρόνο, τα δύο χρειάζονται περίπου δύο γήινα χρόνια για μια πλήρη περιφορά και το τρίτο πάνω από τρία χρόνια. Οι νέοι δορυφόροι πιθανώς αποτελούν απομεινάρια κάποιου παλαιότερου μεγάλου φεγγαριού που καταστράφηκε μετά από πρόσκρουση με άλλο σώμα.
Ο Κρόνος είναι γίγαντας αερίων καθώς αποτελείται βασικά από υδρογόνο και ήλιο. Δεν διαθέτει καθορισμένη επιφάνεια, αν και ίσως διαθέτει στερεό πυρήνα. Παρόλα αυτά, η ισημερινή ταχύτητα διαφυγής, σχεδόν36 km/s, είναι πολύ υψηλότερη από αυτή της Γης.
Ο Κρόνος είναι ο μόνος πλανήτης που είναι λιγότερο πυκνός από το νερό, περίπου 30% λιγότερο. Παρότι ο πυρήνας του Κρόνου είναι αρκετά πυκνότερος του νερού, η μέσηειδική πυκνότητα του πλανήτη είναι 0.69 g/cm3 λόγω της ατμόσφαιρας. Ο Δίας έχει 318 φορές μάζα της Γης, και ο Κρόνος είναι 95 φορές μαζικότερος από τη Γη. Μαζί ο Δίας και ο Κρόνος κατέχουν 92% της συνολικής πλανητικής μάζας στο Ηλιακό Σύστημα.
Παρότι αποτελείται επί το πλείστον από υδρογόνο και ήλιο, η πλειονότητα της μάζας του Κρόνου δεν είναι σε αέρια φάση, επειδή το υδρογόνο γίνεται μη ιδεατό ρευστό όταν η πυκνότητα είναι μεγαλύτερη από 0,01 g/cm3, κάτι που γίνεται σε ακτίνα όπου περιλαμβάνει το 99,9% της μάζας του Κρόνου. Η θερμοκρασία, η πίεση και η πυκνότητα στο εσωτερικό του Κρόνου αυξάνονται προς την κατεύθυνση του πυρήνα, κάτι που κάνει το υδρογόνο μέταλλο στα βαθύτερα στρώματα.
Τα καθιερωμένα πλανητικά μοντέλα διατείνονται ότι το εσωτερικό του Κρόνου είναι παρεμφερές με αυτό τουΔία, με έναν μικρό βραχώδη πυρήνα περιβεβλημένο απόυδρογόνο και ήλιο με ίχνη διαφόρων volatiles. Αυτός ο πυρήνας είναι παρόμοιος σε σύσταση με τη Γη, αλλά πυκνότερος. Η εξέταση τηςβαρυτικής ροπής του Κρόνου, σε συνδυασμό με φυσικά μοντέλα του εσωτερικού, έχει επιτρέψει να τεθούν περιορισμοί στους υπολογισμούς της μάζας του πυρήνα του Κρόνου. Το 2004, επιστήμονες υπολόγισαν ότι ο πυρήνας πρέπει να έχει από 9 έως 22 φορές τη μάζα της Γης, που αντιστοιχεί σε μια διάμετρο περίπου 25000 km. Αυτός περιβάλλεται από μια παχύτερη στιβάδα υγρού μεταλλικού υδρογόνου, το οποίο ακολουθείται από ένα υγρό στρώμα μοριακού υδρογόνου κορεσμένου σε ήλιο που βαθμιαία μετατρέπεται σε αέριο όσο αυξάνει το υψόμετρο. Το εξώτερο στρώμα εκτείνεται 1000 km και αποτελείται από αέριο.
Δομή Κρόνου
Ο Κρόνος έχει καυτό εσωτερικό, φτάνοντας θερμοκρασία 11700 °C τον πυρήνα του, και ακτινοβολεί 2,5 φορές περισσότερη ενέργεια στο διάστημα από αυτή που λαμβάνει από τον Ήλιο. Η θερμική ενέργεια του Δία παράγεται απότον μηχανισμό Κέλβιν - Χέλμολτς της αργής βαρυτικής συμπίεσης, αλλά αυτή η διεργασία από μόνη της δεν είναι επαρκής για να εξηγήσει την παραγωγή θερμότητας του Κρόνου, καθώς εκείνος έχει μικρότερη μάζα. Ένας εναλλακτικός ή επιπλέον μηχανισμός μπορεί να είναι η παραγωγή θερμότητας μέσω της βροχής σταγονιδίων ηλίου βαθιά στο εσωτερικό του Κρόνου. Καθώς οι σταγόνες πέφτουν μέσα από το χαμηλότερης πυκνότητας υδρογόνο, η διεργασία απελευθερώνει θερμότητα με τριβή και αφήνει τα εξωτερικά στρώματα του Κρόνου φτωχά σε ήλιο. Αυτά τα καταπίπτοντα σταγονίδια ίσως συσσωρεύονται σε ένα κέλυφος ηλίου που περιβάλλει τον πυρήνα. Βροχή διαμαντιών έχει θεωρηθεί ότι συμβαίνει μέσα στον Κρόνο, καθώς και στον Δία και στους παγωμένους γίγαντες Ουρανού και Ποσειδώνα.
Η εξωτερική ατμόσφαιρα του Κρόνου περιέχει 96,3% μοριακό υδρογόνο και 3,25% ήλιο κατ' όγκο. Η αναλογία του ηλίου είναι σημαντικά μειωμένη συγκριτικά με την αφθονία του στοιχείου στον Ήλιο. Η ποσότητα στοιχείων βαρύτερων από το ήλιο δεν είναι επακριβώς γνωστή, αλλά οι αναλογίες θεωρούνται συγκρίσιμες με τις πρωταρχικές άφθονες ποσότητες από την δημιουργία του Ηλιακού Συστήματος. Η συνολική μάζα αυτών των βαρύτερων στοιχείων εκτιμάται σε 19–31 φορές την μάζα της Γης, με σημαντικό κλάσμα περιεχόμενο στην πυρηνική περιοχή του Κρόνου.
Στιβάδες μεθανίου κυκλώνουν τον Κρόνο. Ο δορυφόρος Διώνη κρέμεται από τους δακτυλίους στα δεξιά.
Ίχνη αμμωνίας, ακετυλενίου, αιθανίου, προπανίου, φωσφίνης και μεθανίου έχουν εντοπιστεί στην ατμόσφαιρα του Κρόνου. Τα ανώτερα νέφη αποτελούνται από κρυστάλλους αμμωνίας, ενώ το χαμηλότερο επίπεδο φαίνεται ότι είναι συντεθειμένο από υδροσουλφίδιο αμμωνίου ή νερό. Υπεριώδης ακτινοβολία από τον Ήλιο προκαλεί φωτόλυση του μεθανίου στην ανώτερη ατμόσφαιρα, οδηγώντας σε μια σειρά από χημικές αντιδράσεις υδρογονανθράκων με τα προκύπτοντα προϊόντα να μεταφέρονται προς τα κάτω μέσω δονήσεων και διάχυσης. Αυτός ο φωτοχημικός κύκλος διαμορφώνεται από τον ετήσιο εποχιακό κύκλο του Κρόνου.
Η μαγνητόσφαιρα του Κρόνου, όπως και της Γης, δημιουργεί σέλας.
Σέλας στον Κρόνο
Η περιστροφή των αερίων που σκεπάζουν τον πλανήτη δεν γίνεται ομοιόμορφα. Η περιστροφή των περιοχών στον ισημερινό διαρκεί 10 ώρες και 14 λεπτά και αυτή των υπόλοιπων περιοχών 10 ώρες και 39 λεπτά. Η ατμόσφαιρά του αποτελείται κυρίως από υδρογόνο σε ποσοστό 96,3% και σε μικρές ποσότητες από ήλιο (3,25%). Επίσης έχουν εντοπιστεί ελάχιστες ποσότητες αμμωνίας, ακετυλενίου, αιθανίου, προπανίου, φωσφίνης και μεθανίου. Τα υψηλότερα νέφη του Κρόνου αποτελούνται από κρυστάλλους αμμωνίας, ενώ τα κατώτερα φαίνεται ότι αποτελούνται είτε από υδρόθειο του αμμωνίου (NH4SH) είτε από νερό. Η ατμόσφαιρα έχει σημαντικά μικρότερη περιεκτικότητα σε ήλιο σε σύγκριση με αυτή του Ήλιου.
Η ποσότητα στοιχείων βαρύτερων του ηλίου δεν είναι επακριβώς γνωστή, αλλά θεωρείται ότι ταιριάζουν με αυτές του Ηλιακού συστήματος όταν αυτό βρισκόταν στην φάση δημιουργίας. Η συνολική μάζα αυτών των στοιχείων υπολογίζεται ότι είναι 19–31 φορές αυτής της Γης, και συγκεντρώνεται κυρίως στον πυρήνα του Κρόνου.
Η ατμόσφαιρα του Κρόνου παρουσιάζει ένα μοτίβο λωρίδων όμοιο με αυτό του Δία, μόνο που οι λωρίδες του Κρόνου είναι πιο αχνές και είναι ευρύτερες στον ισημερινό. Προς τα κάτω, υπάρχει ένα στρώμα 10 χιλιομέτρων και θερμοκρασίας -23 °C που αποτελείται από υδάτινο πάγο. Από πάνω υπάρχει ένα στρώμα πιθανώς από όξινο θειούχο αμμώνιο, με πλάτος 50 χλμ και θερμοκρασία -93 °C. Οχτώ χιλιόμετρα πάνω από αυτό στρώμα υπάρχουν νέφη αμμωνίας και θερμοκρασία 60 βαθμούς Κελσίου χαμηλότερη. Κοντά στη κορυφή της ατμόσφαιρας και πάνω από τα ορατά νέφη αμμωνίας υπάρχει ένα στρώμα με πλάτος 200 με 270 χιλιόμετρα που αποτελείται από υδρογόνο και ήλιο. Οι άνεμοι στον Κρόνο είναι από τους ταχύτερους στο Ηλιακό σύστημα με ταχύτητα 1800 km/h, όπως μετρήθηκε από τα Βόγιατζερ.
Μία φορά σε κάθε έτος στον Κρόνο (περίπου 30 γήινα χρόνια) , ξεσπά μια καταιγίδα που επηρεάζει το κλίμα ολόκληρου του πλανήτη.
Κάθε τριάντα χρόνια μία μεγάλη καταιγίδα, γνωστή με το όνομα Μεγάλη Λευκή Κηλίδα, καλύπτει ένα μέρος της επιφάνειάς του. Αυτό το φαινόμενο φαίνεται να συμπίπτει με το ηλιοστάσιο του βορείου ημισφαιρίου του Κρόνου. Η τελευταία φορά που παρατηρήθηκε ήταν το 1990, όπως φαίνεται από φωτογραφίες του ΔΤΧ, ενώ είχε παρατηρηθεί το 1876, 1903, 1933 και 1960. Μία άλλη τεράστια καταιγίδα παρατηρήθηκε στον Κρόνο τον Δεκέμβριο του 2010 και τον Ιανουαρίου του 2011, η οποία περικύκλωσε όλο τον πλανήτη στο ύψος του 35 παραλλήλου.
Στον βόρειο πόλο του Κρόνου παρατηρήθηκε από τα Βόγιατζερ ένα μόνιμο χαρακτηριστικό εξάγωνων σύννεφων. Αντίθετα, στον νότιο πόλο ανακαλύφθηκε το 2006 από το Κασσίνι μία καταιγίδα με τη μορφή τυφώνα στην οποία διαγράφεται καθαρά το "μάτι του κυκλώνα". Αυτό το γεγονός είναι αξιοσημείωτο διότι εκτός από τη Γη, το μάτι του κυκλώνα δεν είχε παρατηρηθεί σε κανένα άλλο πλανήτη.
Οι ακμές του εξαγώνου έχουν μήκος περίπου 13.800 χιλιόμετρα. Ολόκληρη η δομή περιστρέφεται σε 10 ώρες, 39 λεπτά και 24 δευτερόλεπτα, που είναι ίση με αυτή της εκπομπής ραδιοκυμάτων του Κρόνου και υπολογίζεται ότι είναι η ταχύτητα περιστροφής του εσωτερικού του πλανήτη.
Ο Κρόνος έχει ένα εγγενές μαγνητικό πεδίο που έχει ένα απλό, συμμετρικό σχήμα, ένα μαγνητικό δίπολο. Η δύναμή του στον ισημερινό είναι 0,2 gauss (20 μT) δηλαδή είναι περίπου το ένα εικοστό εκείνης του πεδίου γύρω από τον Δία και ελαφρώς ασθενέστερη από το γήινο μαγνητικό πεδίο. Ως αποτέλεσμα η μαγνητόσφαιρα του Κρόνου είναι πολύ μικρότερη από τη μαγνητόσφαιρα του Δία και εκτείνεται ελαφρώς πέρα από την τροχιά του Τιτάνα. Πιθανότατα, το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται με παρόμοιο τρόπο με αυτό του Δία, δηλαδή από τα ρεύματα στο στρώμα μεταλλικού υδρογόνου, το οποίο ονομάζεται δυναμό μεταλλικού υδρογόνου. Ομοίως με εκείνες των άλλων πλανητών, η μαγνητόσφαιρα είναι αποτελεσματική στο να εκτρέψει τα σωματίδια του ηλιακού ανέμου.
Ο βόρειος πόλος του Κρόνου. Η εξάγωνη δομή είναι εμφανής. Ο νότιος πόλος του Κρόνου