Czy Pluton (nie) jest planetą ? Kryteria dla planet i satelitów planet

Zygmunt Zawisławski Wiesław Kosek

Seminarium CBK PAN, 27 marzec 2008

IAU 2006 General Assembly, Prague, 24 August 2006:

Result of the IAU Resolution votes• Resolution 5A: "Definition of 'planet‘ "

The IAU therefore resolves that "planets" and other bodies in our Solar System, except satellites, be defined into three distinct categories in the following way:

(1) A "planet"1 is a celestial body that (a) is in orbit around the Sun, (b) has sufficient mass for its self-gravity to overcome rigid body forces so that it assumes a hydrostatic equilibrium (nearly round) shape, and (c) has cleared the neighbourhood around its orbit.

(2) A "dwarf planet" is a celestial body that (a) is in orbit around the Sun, (b) has sufficient mass for its self-gravity to overcome rigid body forces so that it assumes a hydrostatic equilibrium (nearly round) shape2 , (c) has not cleared the neighbourhood around its orbit, and (d) is not a satellite.

(3) All other objects3 except satellites orbiting the Sun shall be referred to collectively as "Small Solar-System Bodies".

• Resolution 6A: "Definition of Pluto-class objects"

Pluto is a "dwarf planet" by the above definition and is recognized as the prototype of a new category of trans-Neptunian objects.

1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000lata

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

IloϾ

pla

net

Z iem iaS³oñce

KsiezycM erkury

W enusS³oñce

M arsJow isz

Saturn

M erkuryW enus

Z iem iaM ars

Jow iszSaturn

1543 17811801

1846

1852 1830 2006

U ran

N eptun

P laneto idy

+ P luton - P lu ton

Historia iloœci planet w przesz³oœci

gdmFg drSdm

dm

dr

r

oF

gF

S

Masy planet i satelitów planet

Twierdzenie Gaussa

3

3

4rM r

grSgn

ii

2

1

4

grGM r244 grrG 23 4

3

44

rGg 3

4

drrGSFg 2

3

4

drrSdmrdmr

vFo 22

2

Mk

dr

drr

go FSFSdrr

og FFdS

R

rdrG0

22

3

4

222

2

1

3

2RG

02

1

3

2 22 G G3

4

GT

32

22

2

1

3

2

GR

Okres obiegu galaktyki

G

T3

Wartości gęstości i naprężeń ściskających dla

niektórych materiałów występujących w naturze Nazwa

materiału

Gęstość

ρ

[g/cm3]

Naprężenie

σ

[Kg/cm2] ·103

log σ

Marmur

Granit

Bazalt

Bazalt II

Kwarcyt

Wapń

Łupek

Piaskowiec

Lód

2.8

2.6

2.9

3.0

2.7

2.69

2.76

2.67

0.90

2.8

1.9

2.5

4.0

2.57

1.65

2.45

2.20

0.03

3.45

3.28

3.40

3.60

3.41

3.22

3.40

3.34

1.48

Gęstości i naprężenia ściskające dla niektórych

materiałów występujących w naturze

1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 3 . 5g ę s t o ś ć [ g / c m ^ 3 ]

1 . 0

1 . 5

2 . 0

2 . 5

3 . 0

3 . 5

4 . 0

log

(n

aprę

żen

ie [

KG

/cm

^2)

10 o

]/[8.3 2cmKgo ]/[1 3 gcm ]/[ 3cmg

Wytrzymałość na ściskanie niektórych metali i stopów metali w funkcji temperatury

0 200 400 600 800 1000 1200tem peratura

0

1000

2000

3000

4000

5000

wyt

rzym

a³oœæ

nikiel

staliwo

mosi¹ dz

miedz

glin

300oK

oK

[Kg/cm2]

Gęstość i spłaszczenie planet oraz Księżyca

planeta Gęstość ρ[g/cm3]

Spłaszczenie f

Merkury

Wenus

Ziemia

Mars

Jowisz

Saturn

Uran

Neptun

Księżyc

5.43

5.24

5.517

3.94

1.34

0.70

1.25

1.63

3.34

0.000121

0.00007

0.003533

0.009

0.0655

0.098

0.029

0.02

0.00031

Zależność współczynnika spłaszczenia f od gęstości ρ

0 1 2 3 4 5 6gêstoœæ

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10sp

³asz

czen

ie

fSaturn

Jowisz

UranNeptun

Ksiê¿yc

MarsZiemia

Merkury

W enus

029.000464.0 f

[g/cm3]

029.000464.0 f

Gm

Rf

32

Gf

4

3 2

Gf3

2

)00464.0029.0(3

2 G

Teoretyczne prędkości kątowe satelitów planet w funkcji

gęstości tych satelitów w momencie ich tworzenia się

1 . 0 2 . 0 3 . 0 4 . 0gêstoœæ [g/cm^3]

0.00007

0.00008

0.00009

0.00010

0.00011

0.00012

0.00013p

rêd

koϾ

kat

ow

a [1

/s]

I o

Ksiê¿yc

Europa

Ganimedes

Mimas

Hipotetyczne (w momencie tworzenia ) i obecne okresy obrotu planet planeta Gęstość

ρ

[g/cm3]

Okres obrotu

W momencie tworzenia się z ekstrapolacji

[godz.]

Okres obrotu obecnie

obserwowany

[godz.]

Merkury

Wenus

Ziemia

Mars

5.43

5.25

5.52

3.95

12.9

13.0

12.0

13.96

1466

-5832

24

24.62

Promień przy którym zespala się obiekt

22

2

1

3

2

GR

Zestawienie niektórych danych fizycznych satelitów planet

smm /planeta Satelita Gęstość

[g/cm3]

Ziemia Księżyc 3.34 2.36 13.14

Jowisz IoEuropaGanimedesCalisto

3.572.971.941.86

2.042.92610.6810.02

8.525.9812111006

Saturn MimasEnceladusThetysDioneReaTytanJapet

1.171.241.261.441.331.881.21

1.131.4362.962.944.2

10.64.13

1.442.9625.925.2874.1119170.5

Uran MirandaArielUmbrielTytaniaOberon

1.351.661.511.681.58

1.282.722.973.673.72

2.120.126.149.351.5

Neptun Triton 2.07 4.93 112

Pluton Charon 2.00 2.28 11.8

sRR /

Niektóre dane i obliczone parametry dla Ceres, Pallas i Vesty

Planetoida PromieńR

[km]

Gęstość

ρ

[g/cm3]

Promień zespalający

Rs

[km]

Gęstość z literatury

ρ

[g/cm3]

Ceres 457 2.22.42.62.72.83.0

296.7342.8339.3429.8462.4546.5

1.541.331.151.060.980.84

2.371.781.321.130.960.70

2.6 ±1.1

 

Pallas 261 2.8 462.4 0.56 0.32 2.6± 0.9  

Vesta 250 2.8 462.4 0.54 0.29 3.1± 1.5  

sR

R

sm

m

Zależność stosunku promienia Ceres R do promienia

zespalającego Rs w funkcji gęstości

2 . 1 2 . 2 2 . 3 2 . 4 2 . 5 2 . 6 2 . 7 2 . 8 2 . 9 3 . 0 3 . 1gêstoœæ [g/cm^3]

0 . 8

0 . 9

1 . 0

1 . 1

1 . 2

1 . 3

1 . 4

1 . 5

1 . 6

R/R

s

Obiekt Temperatura

[oK]

Gęstość

ρ[g/cm3]

Promieńrzeczywisty

[km]

Promień zespalania

[km]

PlutonCharon

45 ÷ 75 2.032.0

1150595

267.6267.6

4.32.22

79.411.0

Masa i promienia Plutona i jego satelity Charona

sR

R

sm

m

RsR

Wnioski: (kryteria dla planet i satelitów planet)

Za planety gwiazd i satelity planet można uznać obiekty, które spełniają warunek:

Dla planet niegazowych stosunek promienia R planety lub satelity do

promienia zespolenia Rs większy od 1:

Obiekty spełniające ten warunek i okrążające gwiazdy będą planetami, natomiast okrążające planety będą satelitami (Księżycami).

Dla dużych planet gazowych stosunek okresu Tr obrotu planety dookoła własnej osi do okresu Ts w momencie zespalania się powinien być większy od 1:

1sR

R

1s

r

T

T

Dziękuję za uwagę

Niektóre typowe wartości współczynnika dobroci Q

Rodzaj drgań Współczynnik dobroci

Q

Uwagi

Ziemia dla fali sejsmicznej

250 ÷ 1400

Struna fortepianowa

103

Księżyc >103 Dla fal o okresach rzędu minut i sekund

Płyty kwarcowe (rezonatory kwarcowe)

105 ÷ 106

Atom wzbudzony

107

Jadro wzbudzone 57Fe

3·1012