Universum (1)

Ande Andekas-Lammutaja
Füüsika – Universum
Tähtkuju on kindlalt piiritletud tähistaeva ala, kus horisondile projetseeruvad tähed moodustavad mingi kindla kuju.
Kepleri esimene seadus väidab, et plaaneedi liikumistee ( orbiit ) on ellips, mille fookuses on päike. Teine seadus väidab, et planeedi raadiusvektor (lõik Päikesest planeedini) katab võrdsetes ajavahemikes võrdsed pindalad. Kolmas seadus väidab, et planeetide tiirlemisperioodide ruudud suhtuvad nagu nende orbiitide pikemate pooltelgede kuubid.
Maa-tüüpi planeedid on Veenus, Maa, Merkuur ja Marss.
Merkuuri mass on 3,303 × 1023 kg, tihedus 5,43 g/cm3. Atmosfäär puudub, kuna planeedi külgetõmbejõud on küllalt nõrk ning pind kuum. Seetõttu on Merkuuri pinna kohal olev põhiliselt vesinikust, heeliumist, kaaliumist, naatriumist, hapnikust, süsinikdioksiidist, neoonist ja argoonist koosnev gaas äärmiselt hõre. Atmosfääri kogurõhk on umbes 2×109 millibaari. Keskmine kaugus päikesest on 57 919 000 km. Kaaslased puuduvad. Pind sarnaneb Kuu pinnaga (teravate piirjoontega erinevate vanusega kraatrid ja mäeahelikud). Pinda katab tolm. Laamtektoonika puudub. Astangud ja tasandikud. Mõnes kohas täidab kraatreid sileda pinnaga hangunud laava . Meenutavad Kuu meresid. Koostis on 60–70% ulatuses metalle ja 30% ulatuses silikaate. Sisemuses domineerib suur rauast tuum. Keskmine pinnatemperatuur on 452 kelvinit (179° C). Päeval on keskmine pinnatemp 623° K, öösel 193° K. Elu võimalikkus puudub.
Veenuse mass on 4.869e24 kg. Keskmine tihedus on 5,25 g/cm3. Atmosfäär koosneb peamiselt süsihappegaasist (96,5%), veel on lämmastikku, vingugaasi, süsinikdioksiidi ja veeauru. Atmosfäär on 100 korda tihedam kui Maal. Kaetud kogu ulatuses läbipaistmatu pilvekihiga. Kaugus Päikesest on 108,200,000 km. Kaaslased puuduvad. Pind on suhteliselt sarnane Maaga. Leidub tuhandeid vulkaane . Leitud on tardkivimeid nagu Maalgi (graniit, basalt). Pinnatemperatuur on 480o C. Aastaaegade vaheldumine puudub. Elu võimalikkus puudb.
Maa mass on 5.9736×1024 kg, tihedus 5,515 g/cm3. Atmosfäär koosneb 77% lämmastikust ning 21% hapnikust, lisaks süsihappegaas ja veeaur. Kaugus Päikesest on 149,600,000 km. Kaaslasi on Maal üks – Kuu. Pind on ligikaudu 71% ulatuses kaetud ookeanite ning 29% ulatuses maismaaga, toimub pidev suurte maakoore plokkide (nn. laamad) liikumine, mille käigus tekivad ja kaovad mäeahelikud, toimuvad maavärinad ja purskavad vulkaanid . Keskmine temperatuur on 14° C. Aastaaegu on neli (talv, kevad, suvi, sügis). Maal on elu võimalik.
Marsi mass on 6.42e23 kg (üks kümnendik Maa massist). Tihedus on 3,97 g/cm3. Atmosfäär on väga hõre, koosneb põhiliselt väikesest kogusest järelejäänud süsinikdioksiidist (95.3%), lisaks lämmastikust, argoonist ja väikese lisandandina hapnikust (0.15%) ning veest (0.03%). Atmosfäär on küllalt tihe, et Marsil saaksid möllata väga tugevad tuuled ja tohutud tolmutormid , mis mõnikord neelavad terve planeedi kuudeks. Atmosfääri rõhk Marsi pinnal on võrreldav õhurõhuga 35 km kõrgusel maapinnast . Kaugus Päikesest on 227,940,000 km. Marsil on kaks pisikest kaaslast, Phobos (läbimõõt 28 km) ja Deimos (läbimõõt 16 km). Enamik Marsi pinda meenutab punakat kivikõrbe. Heledamad alad ( mandrid ) on keskmiselt 3 km kõrgemad tumedatest (meredest). Mandritel on meteoriidikraatreid rohkem kui meredel. Mäeahelike ja orgude kõrguste vahe küünib 14 km-ni. Silma paistab 5000 km pikkune , 120 km laiune ja 6 km sügavune lõhe. Osa pinnavorme (kuivanud jõesänge meenutavad orud, poolenisti ärauhutud valliga kraatrid) lubavad arvata, et varem on Marsil olnud vett. Gravitatsioon on 38% Maa külgetõmbejõust. Keskmine pinnatemperatuur on –55 °C, max +20 kraadi, min -140. Tuum sisaldab lisaks rauale arvatavasti suhteliselt suure osa väävilt. Aasta pikkus on 687 päeva. Ilmnevad kliimavöötmed ja aastaajad . Võimalik, et kunagi on elu eksisteerinud.
Hiidplaneedid on Jupiter , Saturn , Uraan ja Neptuun.
Jupiteri mass on 1.899× 1027 kg, tihedus 1.326 g/cm3. Atmosfäär on 1000 km paksune, koosneb peamiselt vesinikust (70%) ja heeliumist (27%), vähe leidub metaani, ammoniaaki, etaani, atsetüleeni, fosfiini ja veeauru. Tähelepanu äratab Suur Punane Laik (tohutu keeristorm). Kaugus Päikesest on 778,330,000 km. Kaaslasteks on 16 kuud, neist 4 suured. Gaasilistel planeetidel ei ole tahket pinnast, nende materjal läheb lihtsalt sügavamal tihedamaks. Koosneb umbes 90% vesinikust ja 10% heeliumist (metaani, vee, ammoniaagi ja "kivimi" lisandiga, arvatavasti kivisest materjalist tuum). Kõige välimine planeedi kiht on koosneb peamiselt harilikust molekulaarsest vesinikust ja heeliumist, mis on sisemuses vedel ja kaugemal väljas gaasiline. Keskmine temperatuur on 152 K. Aastaajad ning elu võimalikkus puuduvad. Tuuled, mille kiirused ulatuvad 650 km/h. Planeedi triibuline välimus on tingitud langeva gaasi tumedatest vöönditest ja heledatest tõusva gaasi tsoonidest, mis kohtudes põhjustavad torme.
Saturni mass on 5.6846×1026 kg, tihedus 0.6873 g/cm3 (väiksem kui vee tihedus!). Kaugus Päikesest on 1,429,400,000 km. Kaaslasi teatakse 18, neist suuri 10. Pind koosneb 75% vesinikust ja 25% heeliumist ning väikese lisandina veest, metaanist, ammonniaagist ja "kivimist" (kivine tuum, vedel metalliline vesiniku kihit ja molekulaarne vesiniku kihit). Samuti leidub erinevaid jääsid. Harva on näha punakaspruune laike. Keskmine temperatuur on 143 K, tuumas 12000 K. Tuulte kiirus ulatub kuni 500 km/h. Saturn kiirgab kaks ja pool korda rohkem soojust, kui ta Päikeselt saab. Ülemised pilved on metaanist ja ammoniaagist, alumised pilved võivad olla jääkristallidest, sest sügavamale minnes kasvab nii rõhk kui temperatuur. Rõngad paistavad Maalt pideva joonena, kuid tegelikult koosnevad nad erinevatest osakestest , mille suurus ulatub sentimeetrist kuni mõne sentimeetrini (võimalik, et isegi mõne kilomeetrini). Neil kõigil on oma orbiit. Tundub, et rõngad koosnevad peamiselt jääst ning võib olla ka jäistest kivimitükkidest. Osakeste päritolu ei ole praeguseks veel päris teada.
Uraani mass on 8.6832×1025 kg, tihedus 1.318 g/cm3. Atmosfäär koosneb 83% vesinikust, 15% heeliumist ja 2% metaanist. Kaugus Päikesest on 2,870,990,000 km. Kaaslasi on 17, neist 5 suurt. Pind koosneb põhiliselt kivimist ja erinevatest jäädest, leidub ka vesinikku, heeliumi, metaani ning vähesel määral atsetüleeni. Keskmine temperatuur on 68 K. Aastaaegu on kaks – kevad ja sügis (kaks korda aastas). Uraani sinine värvus on ülemistes atmosfäärikihtides metaani poolt neelatava punase valguse tagajärg. Rõngad on tumedad , aga koosnevad nagu Saturnil üsna suurtest osakestest ja peenikesest tolmust. Teatakse 11 rõngast. Uraani poolustel kestab nii polaarpäev kui polaaröö 42 maist aastat. Kaks korda Uraani aastas (kevadel ja sügisel) vahelduvad teatud ajavahemiku jooksul öö ja päev nii-öelda normaalselt (mõlemad kestavad siis umbes 8 tundi).
Neptuuni mass on 1.0243×1026 kg, tihedus 1.638 g/cm3. Atmosfääri temperatuur on –214°C ning see koosneb põhiliselt vesinikust ja heeliumist, lisaks veidi metaani. Kaugus Päikesest on 4,504,000,000 km. Kaaslasi on 2. Pind koosneb mitmesugustest jäädest ja kivimid koos umbes 15% vesiniku ja vähese heeliumiga. Tuum on väike ja kivisest materjalist. Keskmine temperatuur on 53 K. Neptuuni sinine värvus on punase valguse neelamise tulemus metaani poolt atmosfääris. Neptuuni tuuled on kõige kiiremad Päikesesüsteemis, ulatudes 2000 km/tunnis. Rõngad on nõrgad ja väga tumedad, nende koostis on teadmata.
Asteroidivöö asub Marsi ja Jupiteri orbiidi vahel. Kujult on asteroidid valdavalt ebakorrapärased, orbiidid on valdavalt ringikujulised ja elliptika tasandis . Suuruselt on nad suhteliselt väikesed, kogumassiks hinnatakse 0,0015 Maa massi. Ühe sellise keha langemine Maale tooks kaasa suurkatastroofi.
Komeedid on Päikesesüsteemi välikehadest kõige tuntumad. Ilmuvad enamasti ootamatult. Koosneb heledast udusest peast ning nõrgenevast sabast (sirge ioonsaba ning kõver tolmsaba). Komeedi tuuma on pildistatud vaid kord. Koosnevad valdavalt veest, vähemal määral on süsinikku, hapnikku ja teisi kergemaid elemente. Orbiidid on väga piklikud. Tiirlevad kõikvõimalikes tasandites ning suvalises suunas. Koguarvuks hinnatakse 2 – 3 miljonit.
Meteoorid tekivad siis, kui kosmiline ainekübeke tungib Maa atmosfääri, kus ta kuumenedes aurustub või ära põleb. Meteoriidiga on tegu siis, kui mõni neist kehadest on piisavalt suur, et mitte atmosfääris täielikult aurustuda.
Täht tekib gravitatsiooni mõjul kosmilisest gaasi- ja tolmupilvest. Kokkutõmbumise käigus gaasipilve keskosa kuumeneb, algul takistab tema kiirgus välimiste kihtide pealelangemist. Lõpuks jõuab kuumalaine tähte ümbritseva külma gaasi pinnale, pilv laguneb ja tähe kiirgus pääseb maailmaruumi. Täht jätkab kokkutõmbumist, kuni temperatuur tema keskmes tõuseb umbes 10 miljoni kraadini, mis on vajalik termotuumasünteesiks. Vesiniku lõppemisel tuumas täht paisub , muutudes punaseks hiiuks . Pärast kütuse lõppemist tõmbub täht tasapisi kokku, muutudes valgeks kääbuseks, mille tihedus on väga suur. Kui tegu on suure tähega, tekib kütuse lõppemisel noovaks või supernoovaks nimetatud plahvatus , tänu millele on võimalik rauast raskemate elementide teke. Väga suure massiga gaasikerast tekib mitmiktäht, väga väikesest pruun kääbus.
Galaktikate teke sarnaneb tähtede tekkele. Nad võivad moodustuda hajusast gaasi ja tolmupilvest. Elliptilse galaktika teke on sarnane tähe omale, spiraalse oma planeedisüsteemi tekkele. Protogalaktika kujunemise aeg on palju suurem, kui prototähe, seega võib pilve kokkukukkumine võtta kauem aega ja vahepeale areneda paljud tähed. Kui seesmine rõhk langeb, tekib elliptiline galaktika. Galaktika ei teki sellisel juhul mitte gaasidünaamika, vaid stellaardünaamika reeglitele vastavalt (tekib tähepilv ja gaasiketas, mis on orbiidile surutud tähe tekkimise valgusrõhu poolt). Tähepilv on väikesemõõduline ja jääb paigale elliptilse galaktikana või spiraalseudukogu mõhnana. Ketta areng on palju pikem protsess. Kettas tekivad tähed tänu sellele, et ümaratel orbiitidel liikuvate tähtede üksteisest möödumisel kaasneb gravitatsiooniline vastastikmõju, mille mõjul sisemine täht liigub sissepoole ja välimine keskmest kaugemale. Ketas laieneb ja saab stabiilseks, kui orbiitide nurkkiirus on sama.
Universum tekkis Suurest Paugust. Kronoloogiliselt tähtsaimad vaheetapid on kvarkide sünd, prootonite ja neutronite moodustamine kvarikide kolmikute poolt, neutraalsete aatomite teke, Universumi rakustruktuuri kujunemine, galaktikate sünd.