10 Chapter 10 – How did the planets form?

OpenStax Astronomy Chapter 7 & Chapter 14

Disks and Angular Momentum

Section 14.3 

I.                                                                                  Disks

A. Protostars are surrounded by orbiting                                                               in a flat, rotating                                 

1. Disk is formed at                                                                           protostellar core collapses

B  .                                                            in the disk:

1. Falls on the                                                                , making it bigger

2. Forms other bodies in the                                                                            (planets, comets, etc.)

3. Gets                                                         back into interstellar                                                       

C. This disk                                               for the formation of planets                                                 with                                                                           of the Solar System

1. Planets orbit in a                                                            , so material they formed from was in a                                          disk

2. All planets                               in same                                                       , so original material must have orbited in                                             direction

3. Meteorites made of                                              pieces, suggests                                       formed out of small pieces too

II. How disks                                                            

A.                                                       protostellar core                                                     due to                                                     

1.                                              for particles along the                                                 of spin (top/bottom) to                            toward the center

2.                                              for particles to fall in from                                                         

 

What happens to the gravitational energy of gas as it falls toward and eventually hits the disk surrounding a protostar?

A. It is converted into thermal energy, heating the disk.

B. It is converted into light energy, giving off a flash of light upon impact.

C. It is converted into potential energy as the gas plows through the disk and comes out the other side.

D. It simply dissipates.

 

B.                                                              : Flat                                       ,                             a shrinking sphere

1. Example:                                                                              

C. Disk                                                and                                            out because of the                                                         of angular momentum

III. Aside: What is                                                                                                                      ? (Section 3.2)

A. Momentum of something                                                            or in orbit

B.                                                            on:

1. How                                    it is rotating (velocity)

2.                                                   of object

3. How                                                     object is (radius)

4. Angular Momentum = mass × velocity × radius (L = mvr)

C.                                                                                     of Angular Momentum

1.                                               of angular momentum                                                                                     

2.                                        doesn’t disappear, must                                   somewhere

3. For an object (mass doesn’t change),                                                                                 when                                                                                                               (spreads out) and vice versa

4. Example:                                                                                                              

Planet Formation

Section 14.3

IV.                                                                                                      

A. In disk,                                        particles of dust and gas will collide slowly and                                           together

1. Due to                                                                                                    

2. Works for particles from dust grain up to                                                             size

B.                                                           of                                           particles (bigger than boulders)                                                        smaller ones when they collide

1. Sometimes                                                             again, so not always uniform growth

C. Get even larger objects, more than 1 mile across, called                                                                                       (tiny planets)

1.                                                                  pulls smaller particles                                              of its path                                    it

2.                                         just chance collisions in direct path like with smaller particles

D. If planetesimals consume                                                              to clear their orbit, grow into                                             

E. If                                                                  some material in orbit, leftover planetesimals are called                                                                                                                                       depending on size and location

 

Which of the following statements is FALSE?

A. The Solar System began as a disk of material around a protostar.
B. Static electricity helps to form planetesimals.
C. All the planetesimals that formed in our Solar System are now part of the 8 planets.

 

 The Protoplanetary Disk

Section 7.4

Why are there rocky planets and gas planets in our Solar System? 

V.                                                                                                                  Disk

A. Two parts:                                                                                                              disk

B.                                                                                                are different

C.                                                              Disk is                                                             

1. Heated by                                                                      

2. Heated by conversion of                                                                          to thermal energy

D. Inner disk has only                                                                            materials

1. Do                                                                                             at                                          temperatures

2.                                                                                              materials, like Iron, Silicates,  and Carbon

E.                                                                  Disk is                                                          

1. Too                                                     from star to get much                                                   

F. Outer Disk contains                                                            and                                                            materials

1.                                                 melt or evaporate at                                                             temperatures

2.                                          (water, ammonia, and methane) and light                              (Hydrogen and Helium)

VI.                                                    

A. Orbits a                                         , Mass                                  than 13 Jupiter masses,                                 its orbit of debris

B.                                                             of the dust and                                                     of                                        determines what planets are made of

C.                                                        planets are                                               , made of                                                       materials

1.                                                                         Planets: Mercury, Venus, Earth, Mars

D.                                                       planets have                                              materials and                                                    like gas and ice

1.                                                                           Giants: Jupiter, Saturn, Uranus, Neptune

E. Composition tells us where planet                                                                                              

1. But, planets can                                                                   from where formed due to gravity of other planets

2. Example:                                                                         , gas giants that orbit very close to their star

 

The difference in composition between the gas giant planets and the terrestrial planets is most likely caused by the fact that:

A. The giant planets are much larger

B. The terrestrial planets are magnetic

C. The terrestrial planets are closer to the Sun

D. The giant planets started out hotter

 

Tutorial Activity – Solar System Formation

“Elementary Astronomy Worksheet Handout 12: Solar System Formation” (modified by Kaisa E. Young) by Catherine Whiting via OER Commons, licensed under CC BY 4.0, https://oercommons.org/courses/elementary-astronomy-worksheets
1. What are terrestrial planets? List the terrestrial planets and where they are located in the solar system
(near/far from the sun or both).

2. What are Jovian (Giant) planets? List the Jovian planets and where they are located in the solar system.

3. Compare the terrestrial to Jovian planets (i.e. big/small in size, high/low density)
Characteristic Terrestrial Planets  Jovian Planets
Size and mass
Average density
Solid surface?
Temperature

4. Consider some general characteristics of the orbits of the planets in the solar system.
(a) Do the planets orbit in random directions?

(b) Are the orbits highly elliptical or almost circular?
5. Briefly explain how the disk theory of solar system formation explains each observation and provide an example or piece of evidence in support of the explanation.
(a) Orderly motion of the planets and moons

(b) Why are there 2 types of planet (terrestrial and Jovian)? Let’s answer this in several parts:

i. What is the frost line and where do you think it is located?

 

 


ii. What did the terrestrial planets form from and why were they small?

 

 


iii. What did the Jovian planets form from and why were they large?

 




7. Suppose we find different planetary systems with the properties described. (These are not real
discoveries.) Decide whether the discovery should be considered reasonable or surprising in the context
of the disk theory. Explain your reasoning.

(a) System A has three large Jovian planets in its inner solar system and six small terrestrial planets
in its outer solar system.

 

 



(b) System B has six terrestrial planets in its inner solar system and four Jovian planets in its outer
solar system.

 

 

 


(c) System C has eight planets that all orbit in random directions and in different planes.

 

 

License

Icon for the Creative Commons Attribution 4.0 International License

Astronomy of the Solar System Copyright © 2024 by Kaisa Young is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License, except where otherwise noted.

Share This Book