Sólkerfið
Flóðkraftar

Flóðkraftar

Samband tungls og jarðar

Tunglið okkar er hlutfallslega næststærsta tungl sólkerfisins en aðeins Karon, tungl hnattarins Plútós, er stærra miðað við móðurstjörnuna. Áhrif tunglsins á jörðina eru mikil eftir því. Stjörnufræðingar hafa til að mynda reiknað út að tunglið heldur möndulhalla jarðar stöðugum en án tunglsins myndi hallinn flökta á milli 0° og 85°. Slíkar ofurbreytingar hefðu gert lífi mjög erfitt fyrir að þróast. Önnur mikilvæg áhrif tunglsins eru flóðkraftar þess en sjávarföll á jörðinni eru talin hafa þjónað veigamiklu hlutverki í þróun lífsins.

Á flestum stöðum á jörðinni gætir flóðs og fjöru tvisvar sinnum á sólarhring. Sjávarföllin eru til komin vegna þyngdarkrafta tungls og sólar sem toga í jörðina. Þyngdarkraftur sólar á jörðinni er þó ekki nema um helmingur af þyngdarkrafti tunglsins og því skiptir staða tunglsins mestu máli þegar sjávarföll eru skoðuð.

Flóðkraftar tunglsins

flóðkraftar, samband tungls og jarðar
Flóðkraftar tungls á jörðinni. (FÞ) er þyngdarkraftur á yfirborði jarðar sem stafar frá tungli, (FM) er miðflóttakraftur, sem verkar á yfirborði jarðar og (FF) er flóðkrafturinn, sem er samanlagður þyngdarkraftur og miðflóttakraftur. Mynd: Stjörnufræðivefurinn

Til að lýsa flóðkrafti tungls þá þurfum við að grípa til eilítillar eðlisfræði. Flóðkrafturinn er í raun summa tveggja mótstæðra krafta. Annars vegar er það þyngdarkraftur tunglsins, sem togar jörðina til sín, en hins vegar miðflóttakraftur á yfirborði jarðar, sem þrýstir jörðinni frá tunglinu. Miðflóttakrafturinn er til kominn vegna þess að jörðin og tunglið snúast um sameiginlega massamiðju jarðar-tunglkerfisins, en massamiðjan er ekki á sama stað og kjarni jarðar heldur örlítið nær tunglinu. Yfirlit yfir þessa krafta má sjá á myndinni hér til hliðar.

Þegar myndin er skoðuð sést að þyngdarkraftur tunglsins (FÞ) minnkar með fjarlægð en miðflóttakrafturinn (FM) er alls staðar sá sami á jörðinni. Á þeirri hlið jarðar sem snýr að tunglinu er þyngdarkraftur tunglsins sterkari en miðflóttakrafturinn og því dregst yfirborð jarðar þar í átt til tunglsins og heildarflóðkrafturinn (FF - þykka örin) verkar því í átt að tunglinu. Á þeirri hlið jarðar, sem snýr frá tunglinu, er miðflóttakrafturinn hins vegar sterkari en þyngdarkraftur tunglsins og heildarkrafturinn (FF) verkar því frá tunglinu.

Flóðkraftarnir hafa áhrif á alla jörðina, sjávarhjúpinn, berghjúpinn og lofthjúpinn en svörunin við flóðkraftinum er hins vegar mismikil. Í flóði er dæmigerð lyfting sjávar á opnu hafi um 60 cm en við land er meðallyfting um 2 til 3 metrar. Berghjúpurinn lyftist aftur á móti aðeins um hálfan metra, sem er skiljanlegt þar sem sjórinn er sveigjanlegri en hið fasta efni jarðar. Munurinn á lyftingu sjávar og berghjúps á hverjum stað er svo það sem við greinum sem eiginleg sjávarföll, þ.e. flóð og fjöru, og er þessi munur mjög mismunandi eftir staðsetningu. Mesti munur á jörðinni er við Fundyflóa í Kanada, um 12 metrar, en innhöf eins og Miðjarðarhafið, Eystrasalt og Karabíska hafið eru nánast laus við sjávarföll. Flóð og fjara einskorðast sem sagt ekki við flóðkrafta tunglsins heldur skipta ýmsir þættir máli eins og yfirborð sjávarbotnsins, tenging yfir í úthöfin, veðurfar og jafnvel þyngd sjálfrar flóðbylgjunnar (ocean-tide loading).

Flóðbylgjunúningur

flóðkraftar, flóðbylgjunúningur

Áhrif þyngdarkrafts tungls og möndulsnúnings jarðar á flóðbylgjuna. Hæsti punktur flóðbylgjunnar er ekki beint undir tunglinu vegna þess að jörðin dregur flóðbylgjuna með sér. (FÞ) er þyngdarkraftur tunglsins, (SJ) er möndulsnúningur jarðar og (FN) er hinn svo kallaði flóðbylgjunúningur, en hann hægir á snúningi jarðar. Mynd: Stjörnufræðivefurinn

Þegar áhrif flóðkrafta tunglsins á heildarkerfið eru skoðuð verður myndin eilítið flóknari. Jörðin snýst nefnilega hraðar um möndul sinn heldur en tunglið snýst um jörðina. Það gerir það að verkum að jörðin dregur flóðbylgjuna með sér til vesturs (sjá mynd hér til hægri) því þótt sjórinn fljóti ofan á berghjúpnum þá er hann bundinn þyngdarafli jarðar. Það eru því í raun tveir mótstæðir kraftar sem togast á um sjávarflóðbylgjuna, annars vegar þyngdarkraftur tunglsins (FÞ), sem togar sjóinn til sín, en hins vegar möndulsnúningur jarðar (SJ), sem dregur sjóinn með sér frá tunglinu. Þegar jörðin dregur sjóinn með sér myndast núningur við sjávarbotninn, milli sjávar og jarðar, og kallast hann flóðbylgjunúningur. Þar sem núningskrafturinn (FN) og þyngdarkraftur tungls eru í jafnvægi rís flóðbylgjan hæst.

Núningskrafturinn hægir á snúningi jarðar og því lengist sólarhringurinn þar sem jörðin er sífellt lengur að snúast einn hring um möndul sinn. Sólarhringurinn er talinn lengjast um 2 millisekúndur á öld en hraðinn hefur ekki alltaf verið sá sami í gegnum jarðsöguna. Raunar virðist hröðun jarðar hafa verið að aukast töluvert á síðustu árþúsundum og má það líklegast rekja til hörfunar jökla sem jörðin hefur ekki enn jafnað sig endanlega á. Flóðbylgja sjávar hefur líka áhrif á brautarhraða tunglsins því um leið og tunglið togar í sjóinn togar flóðbylgjan á móti í tunglið og dregur það áfram. Það eykur brautarorku tunglsins, svo það fer hraðar á braut sinni um jörðu, en braut með meiri orku hefur einnig stærri radíus og því fjarlægist tunglið jörðina. Í tunglferðum Bandaríkjamanna var speglum komið fyrir á tunglinu og þannig hefur verið hægt að mæla fjarlægðina frá jörðu til tungls mjög nákvæmlega með leysigeislum. Það hefur komið í ljós að tunglið fjarlægist jörðina um 3,82±0,07 cm á ári.

Samband tungls og jarðar fyrr í jarðsögunni

Þar sem flóðbylgjunúningurinn hægir sífellt á snúningi jarðar er ljóst að fyrr í jarðsögunni snerist jörðin hraðar og tunglið var nær jörðinni. Vísindamenn greinir hins vegar á um hversu mikil breyting hefur verið á þessum þáttum. Á 19. öld töldu vísindamenn að tunglið væri að fjarlægjast það hratt að ef fjarlægð tungls frá jörðu væri reiknuð aftur í tímann þá gæti tunglið vart verið eldra en 2 til 3 milljarðar ára, því þá hefði tunglið átta að liggja upp við jörðina. Fram yfir miðja tuttugustu öldina áttu stjarnfræðingar mjög erfitt með að ráða í þessa gátu þar sem útreikningar á sjávarföllum voru skammt á veg komnir. Reiknilíkön í tölvum þróuðust aftur á móti hratt á seinni hluta aldarinnar og það kom í ljós að færsla tunglsins er óregluleg og fer eftir þáttum eins og legu meginlanda, stöðu sjávarmáls og jöklun. Svo virðist því sem að tunglið fjarlægist jörðina óvenju hratt núna og í kringum 1980 voru vísindamenn orðnir sammála um að hröð færsla tunglsins frá jörðu væri ekki lengur þversögn.

Flóðlög (tidal rhythmites)

flóðlög, sjávarföll
Flóðlög (tidal rhythmites) eru forn setlög úr sandi, silti eða leir, sem gefa til kynna sjávarföll fyrr í jarðsögunni. Hér að ofan eru myndir af flóðlögum í siltsteini frá Hindostan í Indianafylki í Bandaríkjunum. Á mynd A má sjá misþykk flóðlög, sem gefa til kynna misstórar flóðbylgjur hvers sólarhrings þegar lögin urðu til. Á mynd B er stafli flóðlaga sem sýnir misþykk lög eftir því hvort stórstreymt eða smástreymt hefur verið þegar lögin urðu til. Graf C sýnir mælingar á flóðlögunum á mynd B. Mynd: Kvale, E. o.fl. (1999), með leyfi höfundar.

Engu að síður eru stjörnufræðingar enn ósammála um upphafsfjarlægð tungls frá jörðu. Lengi vel var talið að tunglið hefði verið afar nálægt jörðinni og sólarhringurinn ekki nema um 5 til 10 tímar. Sterkar vísbendingar hafa þó komið fram sem benda til þess að þessi gildi séu mjög óraunhæf. Aðalvísbendingarnar, og raunar þær einu beinu jarðfræðilegu, fyrir þessum ályktunum má finna í jarðlögum víðs vegar um jörðina. Við sérstakar aðstæður myndast nefnilega svokölluð flóðlög (tidal rhythmites) sem eru staflar misþykkra setlaga af sand-, silt- eða leirsteini. Flóðlögin myndast við sterka flóðstrauma þar sem eitt lag myndast við hverja flóðbylgju. Þar sem yfirleitt eru tvö misstór flóð á dag þá myndast þykkt og þunnt lag til skiptis. Ef staflarnir eru mjög þykkir og ná yfir marga mánuði eða ár þá er hægt að greina árstíðaskipti, lengd tunglmánaðar og fleira í lögunum og ákvarða út frá þeim hversu margir sólarhringar jarðárið hefur verið þegar flóðlögin mynduðust.

Eitt þekktasta dæmið um svona forn flóðlög er frá Indiana-fylki í Bandaríkjunum, þar sem heitir Hindostan Falls. Þar er gömul hverfisteinsnáma, sem notuð var á fyrri hluta 19. aldar. Hverfisteinninn úr námunni er siltsteinn, sem varð til fyrir um 300 milljónum ára við sjávarfallaflóðbylgjur. Elsta óyggjandi dæmið um flóðlög eru hin 620 milljóna ára gömlu Elatina-Reynella lög í Suður-Ástralíu. Ef þau eru greind kemur í ljós að sólarhringurinn var 21,9±0,4 klst. og 400±7 sólarhringar í árinu. Út frá því má reikna að fjarlægðin milli tungls og jarðar hafi verið um 96,5±0,5 % af núverandi fjarlægð eða um 371.000 km. Eldri dæmi um flóðlög eru til en þau eru ekki jafnáreiðanleg. Elstu mögulegu flóðlagastaflarnir eru í svokölluðum „Moodies hóp“ í Suður-Afríku en þau jarðlög eru talin um 3,2 milljarða ára gömul. Annað þekkt dæmi um flóðlög eru Weeli Wolli bandjárnslögin frá Vestur-Ástralíu, sem eru um 2,45 milljarða ára. Ef greiningin á þeim er rétt hefur sólarhringurinn verið á milli 17 og 19 klst. þegar þau mynduðust, og fjarlægð milli tungls og jarðar um 90,6±2,9 % (um 348.000 km) af núverandi fjarlægð. Þá sést að meðalfærsla tungls frá jörðu frá 2,5 milljörðum ára fram til dagsins í dag hefur verið um 1,48 cm á ári, sem er ekki nema um 40% af núverandi færslu. Út frá þeim gögnum sem fyrir liggja má með útreikningum ætla að fyrir um 3,9 milljörðum ára hafi sólarhringurinn verið um 17 klst. og fjarlægð tungls frá jörðu um 320.000 km.

Miðað við að fjarlægð tungls frá jörðu hafi í upphafi verið um 80% af núverandi fjarlægð milli hnattanna má ímynda sér að sjávarföll hafi á þeim tíma ekki verið mjög frábrugðin því sem við eigum að venjast nú. Þar sem margt er á huldu um upphaf sjávar og hvenær höfin hafi náð útbreiðslu dagsins í dag er erfitt að gera sér grein fyrir því hversu mikill munur hafi verið milli flóðs og fjöru. Eins og segir hér að ofan er margt annað sem skiptir máli við stærð sjávarfalla, svo sem yfirborð sjávarbotnsins og tenging milli úthafa. Hafi sjávarföllin á forkambríum verið mjög frábrugðin sjávarföllum á nútíma þá er það ekki til komið vegna óeðlilegrar nálægðar tungls og jarðar.

Heimildir

  1. Eriksson, K.A. & Simpson, E.L. 2000. Quantifying the oldest tidal record: The 3.2 Ga Moodies Group, Barberton Greenstone Belt, South Africa. Geology 28, 831-834.

  2. Kvale, E.P. 1998. Tidal Time – Ancient Tides Recorded in Indiana Rocks. Indiana Geology.

  3. Kvale, E., o.fl. 1999. Calculating Lunar Retreat Rates Using Tidal Rhythmites. Journal of Sedimentary Research 69 (6), 1154-1168.
  4. Laskar, J., Joutel, F. og Robutel, P. 1993. Stabilization of the Earth's obliquity by the Moon. Nature 361, 615-617.

  5. Recent Earth Tides near Leonard Oklahoma. 2003. Oklahoma Geological Survey Observatory.

  6. Varga, P., Rybicki, K.R. og Denis, C. 2006. Comment on the paper “Fast tidal cycling and the origin of life” by Richard Lathe. Icarus 180, 274-276.

  7. Williams, G.E. 2000. Geological constraints on the Precambrian history of Earth's rotation and the Moon's orbit. Reviews of Geophysics 38, 37-60.

  8. Williams, G.E. 2005. Comment on “Tidal rhythmites and their implications” by R. Mazumder and M. Arima. Earth-Science Reviews 69, 79–95.

Hvernig vitna skal í þessa grein

  • Snæbjörn Guðmundsson (2011). Flóðkraftar. Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornuskodun.is/tunglid/myndun (sótt: DAGSETNING).





Leita á vefnum


 

Sólkerfið

sólkerfið okkar

Sólkerfið okkar

Sólkerfið okkar inniheldur sól, átta reikistjörnur, á annað hundrað fylgitungla þeirra, fimm dvergreikistjörnur og milljarða smærri hnatta eins og smástirni, halastjörnur, útstirni, loftsteina og rykagnir. Allir hnettir, stórir sem smáir, á sporbaug umhverfis sólina eru hluti af sólkerfinu okkar.

Lesa meira
 
sólin, sólstjarna, stjarna, sólin okkar

Sólin

Sólin er stjarna í miðju sólkerfisins, ein af yfir 200 milljörðum sólstjarna í Vetrarbrautinni okkar. Sólin er í um 26 þúsund ljósára fjarlægð frá miðju Vetrarbrautarinnar en aðeins 150 milljón km frá jörðinni. Sólin er meðalstór stjarna, en þó svo stór að um 109 jarðir kæmust fyrir í röð þvert í gegnum hana. Þessi glóandi gashnöttur er langstærsti hnöttur sólkerfisins og inniheldur um 99,9% af massa þess. Stærsti gasrisinn, Júpíter, inniheldur mest af því efni sem eftir er. Jörðin og allar hinar reikistjörnur sólkerfisins auk halastjarna, smástirna, loftsteina og geimryks snúast umhverfis sólina á sporöskjulaga brautum samkvæmt lögmálum Keplers.

Lesa meira
 
Merkúríus

Merkúríus

Merkúríus er innsta og minnsta reikistjarna sólkerfisins, minni en tunglin Ganýmedes og Títan. Merkúríus er bergreikistjarna í innra sólkerfinu og hefur þar af leiðandi fast yfirborð. Yfirborðið er mjög gígótt og gamalt og líkist þannig mest yfirborði tunglsins. Merkúríus gengur einnig undir stuttnefninu Merkúr.

Lesa meira
 
Venus

Venus

Venus er önnur reikistjarnan frá sólinni og sjötta stærsta reikistjarna sólkerfisins, örlítið minni en jörðin. Við fyrstu sýn virðist sem Venus sé tvíburasystir jarðar. Þær hafa næstum sama massa, þvermál, eðlismassa og þyngdarhröðun. Á báðum reikistjörnum eru fáir gígar sem bendir til þess að jarðfræðileg virkni eigi sér stað. Þó er eitt veigamikið atriði sem skilur á milli: Venus er eyðileg en jörðin er eini staðurinn þar sem vitað er um líf með vissu.

Lesa meira
 
jörðin

Jörðin

Jörðin er þriðja reikistjarnan frá sólu. Hún er fimmta stærsta reikistjarna sólkerfisins en stærsta bergreikistjarnan. Jörðin er 330.000 sinnum massaminni en sólin og 109 sinnum minni að þvermáli. Væri sólin hol að innan kæmust meira en milljón jarðir fyrir innan í henni. Jörðin er jafn gömul sólkerfinu, um 4,6 milljarða ára.

Lesa meira
 
Mars

Mars

Mars er fjórða reikistjarnan frá sólu og sú næst minnsta. Mars er einnig oft nefndur rauða reikistjarnan (rauða plánetan Mars) enda virðist hann rauðleitur að sjá á næturhimninum. Mars er bergreikistjarna í innra sólkerfinu og hefur örþunnan lofthjúp. Á yfirborðinu eru fjölmargar áhugaverðar jarðmyndanir eins og árekstragígar, eldfjöll, gljúfur og pólhettur. Mars er meðal mest könnuðu reikistjarna í sólkerfinu enda mjög áhugaverður. Mars hefur alla tíð verið kunnugur mönnum enda er hann oft meðal björtustu fyrirbæra næturhiminsins. Aðeins sólin, tunglið, Venus og Júpíter geta verið bjartari.

Lesa meira
 
Júpíter

Júpíter

Júpíter er fimmta reikistjarnan frá sólu og sú langstærsta í sólkerfinu. Júpíter er gasrisi líkt og Satúrnus, Úranus og Neptúnus og hefur því ekkert fast yfirborð

Lesa meira
 
Satúrnus

Satúrnus

Satúrnus er næst stærsta reikistjarna sólkerfisins á eftir Júpíter og sú sjötta í röðinni frá sólu. Satúrnus er gasrisi líkt og Júpíter, Úranus og Neptúnus og hefur því ekkert fast yfirborð.

Lesa meira
 
Úranus

Úranus

Úranus er sjöunda reikistjarnan frá sólu og sú þriðja stærsta. Úranus er örlítið stærri að þvermáli en Neptúnus en massinn er ögn minni. Þessar tvær reikistjörnur eiga margt sameiginlegt og eru oft flokkaðar sem vatnsrisarnir í sólkerfinu, á meðan Júpíter og Satúrnus eru hinir eiginlegu gasrisar. Þessu ræður fimbulkuldinn yst í sólkerfinu en sökum hans eru ýmsar gastegundir í föstu eða á fljótandi formi.

Lesa meira
 
Neptúnus

Neptúnus

Neptúnus er áttunda og ysta reikistjarnan frá sólu og sú fjórða stærsta. Neptúnus er örlítið minni að þvermáli en Úranus en ögn massameiri. Þessar tvær reikistjörnur eiga margt sameiginlegt og eru oft flokkaðar sem vatnsrisarnir í sólkerfinu, á meðan Júpíter og Satúrnus eru hinir eiginlegu gasrisar. Þessu ræður fimbulkuldi yst í sólkerfinu en sökum hans eru ýmsar gastegundir í föstu eða á fljótandi formi.

Lesa meira
 
dvergreikistjarna, Plútó

Plútó

Plútó er næst stærsta þekkta dvergreikistjarnan í sólkerfinu, miklu minni en reikistjörnurnar átta. Sjö fylgitungl í sólkerfinu eru stærri en Plútó, þ.e. tunglið okkar, Íó, Evrópa, Ganýmedes, Kallistó, Títan og Tríton. Plútó líkist á margan hátt síðastnefnda tunglinu að stærð, efnasamsetningu og má vera að uppruni þeirra sé af sama toga.

Lesa meira
 
dvergreikistjarna, útstirni, Eris, Dysnómía

Útstirni

Handan Neptúnusar, ystu reikistjörnu sólkerfisins, leynast milljónir smárra íshnatta sem nefnd eru útstirni á íslensku (Trans-Neptunian object). Útstirnin eru hluti af sólkerfinu okkar líkt og reikistjörnurnar og smástirnin en eiga það sammerkt að vera svo agnarsmá og fjarlæg að aðeins á síðustu árum hefur tæknin til að greina þau verið til staðar.

Lesa meira
 
smástirni, Lútesía

Smástirni

Smástirni eru litlir hnettir úr bergi og málmum í sólkerfinu, innan við 1.000 km í þvermál, hafa enga halastjörnuvirkni, snúast í kringum sólina en eru ekki nægilega stór til að geta talist til reikistjarna. Þau eru oft óreglulöguð vegna þess að þyngdarkrafturinn er ekki nægilega mikill til að mynda kúlulaga hnött.

Lesa meira
 
halastjarna, Hale-Bobb

Halastjörnur

Halastjörnur eru litlir hnettir úr ís og ryki sem sveima um sólina. Halastjörnur mynduðust á sama tíma og reikistjörnurnar fyrir um 4,6 milljörðum ára. Ólíkt reikistjörnunum hafa þær ekki hitnað í gegn og teljast því meðal frumstæðustu hnatta sólkerfisins. Innviðir þeirra geyma því trúlega mikilvægar upplýsingar um myndun þess.

Lesa meira
 
loftsteinar

Loftsteinar

Loftsteinar birtast sem hraðskreiðar ljósrákir á næturhimninum og eru því oft kallaðir stjörnuhröp. Flestir virðast hvítir eða blá-hvítir að lit þegar þeir falla í gegnum lofthjúpinn þótt aðrir litir sjáist stundum, t.d. gulur eða appelsínugulur. Litirnir eru frekar háðir hraða loftsteinsins en samsetningunni. Rauðir loftsteinar birtast stöku sinnum sem mjög langar rákir og eru venjulega hátt yfir jörðu. Stöku sinnum sjást líka grænir loftsteinar sem eru venjulega mjög bjartir. Græni liturinn gæti verið af völdum jónaðs súrefnis.

Lesa meira
 
Marsjeppi, Spirit, Opportunity

Geimferðir

Í gegnum tíðina hefur mestum hluta þekkingar okkar á sólkerfinu verið aflað með stjörnusjónaukum á jörðu niðri. Bylting varð þegar mannkynið hafði þróað tækni til að senda geimför út í geiminn og upp frá því hafa geimför heimsótt allar reikistjörnur sólkerfisins, nokkur tungl, smástirni og halastjörnur. Geimför hafa hjálpað okkur að öðlast ómetanlega þekkingu á þessum forvitnilegu hnöttum sólkerfisins.

Lesa meira
 

Fleygar setningar

- Edwin Hubble

„Útbúinn fimm skilningarvitum, kannar maðurinn alheiminn umhverfis sig og kallar ævintýrið vísindi"
 

Vinir okkar

  • Hugsmiðjan
  • Sjónaukar.is
  • Portal To The Universe
  • Stjörnuskoðunarfélag Seltjarnarness
  • Vísindavefurinn
  • Hubble spacetelescope
  • European Southern Observatory - ESO



Póstlisti






Þetta vefsvæði byggir á Eplica