Sistema Solar: Terra, Lua e Sol. Ensino de Astronomia na UFABC Renato Dias da Cunha

Transcrição

1 Sistema Solar: Terra, Lua e Sol Ensino de Astronomia na UFABC Renato Dias da Cunha

2 Nosso pálido ponto azul Diâmetro equatorial: km Diâmetro polar: km Volume: 1,083x10^12 km^3 Massa: 5,972x10^24 kg Distância do Sol: 150 milhões de km (1 AU)

3 Condições ideais para a vida Temperatura média: 15 C - efeito estufa; - água nos 3 estados; - diversos habitats; - zona habitável do Sistema Solar;

4 - Terceiro planeta mais próximo do Sol; - Mais denso; - Quinto maior planeta;

5 Composição atômica da Terra Ferro (32,1%) Oxigênio (30,1%) Silício (15,1%) Magnésio (13,9%) Enxofre (2,9%) Níquel (1,8%) Cálcio (1,5%) Alumínio (1,4%)

6 PLANETA ÁGUA? - Oceanos cobrem cerca de 70% da superfície da Terra - É pouca água em comparação ao raio do planeta;

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8 1 Toda água (esfera sobre o Estados Unidos Ocidental aprox km de diâmetro) 2 Toda água líquida fresca em lençóis freáticos, lagos, pântanos e rios ( esfera sobre o Kentucky, ap.272 km de diâmetro) 3 Toda água de lagos e rios de água doce ( esfera sobre a Georgia, aprox. 56 km de diâmetro) Informações retiradas da aula de 2018 do curso, da profa. Michelle

9 A quantidade de água doce no planeta corresponde a apenas 2,5% do total de água na Terra.

10 Atmosfera

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12 Composição química da atmosfera terrestre

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14 A gravidade influencia na disposição dos materiais, organizando-os por suas densidades. Como consequência temos camadas no interior da Terra.

15 Alguns fenômenos naturais se devem por consequência das camadas internas da Terra: - Terremotos - Vulcões - Formação de montanhas - Movimentação dos continentes

16 Campo magnético da Terra

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18 Consequências do campo Bússola aponta para o norte geográfico pois se alinha com o campo (Imã gigante); O campo deflete partículas de alta velocidade vindas do Sol; Caso não houvesse essa proteção, seria impossível a comunicação por ondas de rádio, TV, internet etc;

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20 O que é a Aurora Boreal? O Sol emite partículas que batem no campo magnético de proteção terrestre e são puxadas para os pólos. Quando elas entram na atmosfera, elas colidem com elementos que fazem acontecer as Auroras Boreais no Pólo Norte.

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22 Movimentos terrestres ch Me am ou? Isaac Newton

23 Movimentos terrestres ta Eu m bé m! Johannes Kepler

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25 Relembrando: Leis de Kepler A 1ª Lei descreve as órbitas dos planetas. Kepler propôs que os planetas giram em torno do Sol, em uma órbita elíptica, com o Sol em um dos focos. A 2ª lei de Kepler assegura que o segmento (raio vetor) que une o sol a um planeta varre áreas iguais em intervalos de tempo iguais. A 3ª lei de Kepler indica que o quadrado do período de revolução de cada planeta é proporcional ao cubo do raio médio de sua órbita. Ex: Calcular o período de rotação de Urano ao redor do Sol sabendo que o planeta está a 19,14 AU de distância do Sol, e que a constante de Kepler é 1.

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27 Relembrando: Lei da Gravitação Universal As leis de Kepler só consideram o movimento; Newton percebeu que a velocidade desses planetas varia em valor e direção; Para isso, forças deveriam estar atuando nesses planetas. Ex: calcular a força exercida entre a Terra e o Sol. Dados: r = 1,496x 10^8 km massa da Terra = 5,972 10^24 kg; Massa do Sol = 1, ^30 quilogramas;

28 Chega de conta!

29 Rotação

30 DIA SOLAR Intervalo de tempo entre duas passagens consecutivas do Sol pelo Meridiano Celeste do lugar. O dia Solar varia ao longo do ano, e é maior que o dia Sideral.

31 DIA SIDERAL É o tempo desde que uma estrela que está numa posição, dá a volta toda à esfera celeste, e volta a estar na posição anterior. Isto demora 23:56h. Decorre do movimento de rotação.

32 TRANSLAÇÃO Ou Revolução é o movimento realizado pela Terra ao redor do Sol. Dura 365 dias 5h

33 TRANSLAÇÃO Ao mesmo tempo que a Terra faz o movimento de rotação, ela realiza o movimento de translação que dura 365 dias 5h Devido essas 6h a mais, a cada 4 anos temos um ano bissexto, ou seja, um ano com 1 dia a mais. Fazemos isso para ajustar nosso calendário com a translação da Terra.

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35 ÓRBITA Excentricidade da órbita da Terra: ϵ=0,0167

36 Exemplo: Calcular a órbita do cometa Halley, dado a excentricidade 0,967

37 Inclinação do eixo da Terra em relação ao eixo da eclíptica (por 23,5 ); Os raios solares incidem com intensidades diferentes sobre um determinado local, o que origina as grandes zonas climáticas (quentes, temperadas e frias) e a sucessão das estações (primavera, verão, outono e inverno).

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39 A eclíptica é inclinada (por 23,5 ) em relação ao equador celeste. Por causa disso, o Sol fica no hemisfério sul de ~23/9 a ~20/3, e no norte na outra metade do ano. Por isto, de março a setembro ele passa mais alto no céu no hemisfério sul, causando estações mais quentes e dias mais longos, e o oposto no hemisfério norte De setembro a março, é o oposto (Sol baixo no sul, etc.).

40 SOLSTÍCIOS Ocorre em junho e dezembro é o ponto mais distante entre o equador celeste e a eclíptica. Enquanto em um hemisfério ocorre o de inverno, no outro ocorre o de verão. Marca o início do verão ou inverno.

41 EQUINÓCIOS Ocorre em Março e Setembro, quando há o cruzamento entre os planos do equador celeste e da eclíptica. Ambos os hemisférios da Terra encontram-se igualmente iluminados pelo Sol, e o dia e a noite têm a mesma duração. Marca o início da primavera ou do outono.

42 A região do Equador recebe ao longo de todo o ano uma quantidade de radiação solar quase constante. Por isso todas as estações são muito parecidas. Em todos os dias do ano o Sol fica 12 horas acima do horizonte e 12 horas abaixo do horizonte; a única diferença é a máxima altura que ele atinge.

43 A duração dos dias varia com a época do ano e com a latitude. Devido à inclinação do eixo da Terra em relação à eclíptica, nos polos temos alguns fenômenos interessantes:

44 Sol da meia noite: o Sol é visível por 24h ( datas próximas ao solstício de verão.) Noite polar: O sol não nasce ( datas próximas ao solstício de inverno).

45 SOL Distância média da Terra: KM Diâmetro equatorial: km Massa: 1, Kg x Terra Volume: 1, km x Terra

46 O Sol possui 99,8% de toda a massa do nosso Sistema Solar. O Sol é uma estrela, ele é como uma bola de gás (92,1% H e 7,8% He), mantida íntegra pela sua própria gravidade. O Sol é a fonte de Energia da Terra.

47 LUA Diâmetro equatorial: 3474,8 Km Volume: 2,19X1010 Km³ Massa: 7,34X10 22 Kg

48 A Lua é o único satélite natural da Terra e o quinto maior do Sistema Solar. A lua realiza o movimento de rotação e translação ao redor da Terra. Assim como os outros planetas e satélites, a Lua apresenta uma órbita elíptica.

49 Apogeu: Km Perigeu: km

50 As forças gravitacionais da Lua e do Sol produzem um torque que tende a alinhar o eixo de rotação da Terra com o eixo da eclíptica, mas, como esse torque é perpendicular ao momento angular de rotação da Terra, seu efeito é mudar a direção do eixo de rotação, sem alterar sua inclinação.

51 Por conta disso, os polos celestes não ocupam uma posição fixa no céu: cada um se move lentamente em torno do respectivo polo da eclíptica, descrevendo uma circunferência em torno dele com raio de 23,5 º. O tempo necessário para descrever uma volta completa é anos. Caminho aparente do Polo Norte celeste no céu

52 a mesma coisa acontece com o ponto da primavera, causando o fato, de que os signos não coincidem mais com as épocas, naquelas o Sol está na constelação correspondente.

53 FASES DA LUA Ao longo do mês observamos que o formato da Lua no céu muda. Chamamos esse fenômeno de Fases da Lua.

54 As fases da Lua são o resultado de como observamos, da Terra, a iluminação do Sol sobre a Lua ao longo do tempo. O ciclo completo dura 29 dias 12h 44 2,9

55 Acredita-se que o grego Anaxágoras ( 430 a.c.), já conhecia sua causa, e Aristóteles ( a.c.) registrou a explicação correta do fenômeno: as fases da Lua resultam do fato de que ela não é um corpo luminoso, e sim um corpo iluminado pela luz do Sol.

56 A face iluminada da Lua é aquela que está voltada para o Sol. A fase da Lua representa o quanto dessa face iluminada pelo Sol está voltada também para a Terra. A fase da Lua é definida em termos do número de dias decorridos desde a Lua Nova (de 0 a 29,5) e em termos da fração iluminada da face visível (0 a 100%).

57 LUA NOVA Nessa fase, a face visível da Lua não recebe luz do Sol, pois, vistos da Terra, os dois astros estão na mesma direção. Durante o dia a Lua está no céu, próximo ao Sol. Durante os dias seguintes, a Lua vai ficando cada vez mais a leste do Sol e, portanto, a face visível vai ficando mais iluminada a partir da borda que aponta para o oeste. Os eclipses solares ocorrem nessa fase.

58 QUARTO CRESCENTE Nessa fase, a Lua está no céu à tarde e no começo da noite e podemos vê-la como um semi-círculo com a parte iluminada voltada para o Oeste*. Sol e Lua, vistos da separados por aprox. 90. Após esse dia a continua a crescer. Terra, porção estão iluminada

59 LUA CHEIA Nessa fase 100% da face visível está iluminada, e a Lua fica no céu durante a noite. Lua e Sol, vistos da Terra, estão em direções opostas. Somente nesta fase ocorrem os eclipses lunares.

60 QUARTO MINGUANTE Nessa fase, a Lua está aproximadamente 90 a oeste do Sol, e aparece no céu no fim da noite e fica visível durante a manhã. Vista da Terra a Lua se parece com um semi-círculo. No hemisfério Sul a Lua tem a parte iluminada voltada para o Leste.

61 MÊS SINÓDICO O tempo entre duas fases consecutivas da lua é de aproximadamente 29,5 dias. Chamamos esse período de Mês Sinódico.

62 MÊS SIDERAL Tempo necessário para a lua completar uma volta em torno da Terra, em relação às estrelas e dura aproximadamente 27,32 dias.

63 O LADO OCULTO DA LUA

64 A duração do período de rotação da Lua é igual ao do período de translação (27,3 dias) e, consequentemente, a Lua tem uma face sempre voltada para a Terra e outra que não é visível do nosso planeta (***nem sempre é escuro) Rotação e translação demoram o mesmo tempo para serem completadas, porque, ao longo de bilhões de anos, a interação gravitacional entre a Terra e a Lua forçou essa sincronização. É o chamado acoplamento de maré.

65 Seis vistas ortográficas da Lua criadas a partir do novo mosaico global WAC. Do canto superior esquerdo para o inferior direito, a longitude central é 0, 60, 120, 180, 240, 300. Crédito: NASA / Goddard / Arizona State University.

66 FORÇAS DE MARÉ Marés são as alterações do nível das águas do mar causadas pela interferência gravitacional da Lua e do Sol (esta última com menor intensidade, devido à distância) sobre o campo gravitacional da Terra.

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68 Por causa da rotação da Terra e da revolução da Lua, estas elevações se propagam pela superfície da Terra, causando marés altas a cada 12 horas e 25 minutos, e marés baixas entre as marés altas. As marés também acontecem com a crosta da Terra, elevando o chão por 10 cm durante maré alta.

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70 Quando Terra, Lua e Sol estão alinhados, o Sol amplifica as forças da Lua sobre a Terra, causando marés extra altas e baixas, chamadas de sizígia (alinhamento) ou vivas. Durante os quartos crescente e minguante, as forças são menores, e causam as marés de quadratura, ou mortas.

71 As marés se propagando pela Terra causam forças de fricção, que freiam a rotação da Terra, tal que a duração de um dia aumenta por s cada século. O momento angular perdido pela Terra é transferido pra Lua, aumentando a órbita desta, tal que ela se afasta da Terra por 3 a 4 cm a cada ano, e a duração do mês aumenta (mas a uma taxa menor que a rotação da Terra).

72 O efeito das marés é recíproco entre a Terra e a Lua. Como a Terra possui uma massa maior que a massa da Lua, ela causa uma força de maré muito maior na mesma. É muito provável que a sincronização dos períodos de rotação e translação da Lua tenham ocorrido devido esse efeito. Por outro lado, isso implica que a interação entre esses dois corpos faz com que a velocidade de rotação da Terra diminua, aumentado a duração de um dia por 0,0016s a cada século, e consequentemente a distância entre a Terra e a Lua aumentam a uma taxa de 4 cm/ano por causa da conservação do momento angular.

73 Teoricamente, isto continua até que a rotação da Terra e a revolução da Lua estejam sincronizadas. A chamada ressonância dos períodos. Neste momento, a Terra ficará sempre com o mesmo lado voltado pra Lua. Visto da Terra, a Lua ficará sempre na mesma posição no céu. O dia e o mês durarão o mesmo tempo de 47 dias atuais.

74 ECLIPSES Um eclipse é um evento astronômico que acontece quando um objeto celeste se move para a sombra de outro.

75 O diâmetro do Sol é de cerca de km. O diâmetro da Lua é aprox km. Portanto, o diâmetro solar vale cerca de 400 vezes o diâmetro lunar. Mas o Sol também está cerca de 400 vezes mais longe de nós do que a Lua. Dessa coincidência resulta o fato de que ambos os astros, vistos da Terra apresentam o mesmo tamanho aparente

76 PRECESSÃO DO EIXO DA TERRA A Terra não é perfeitamente esférica: ela é achatada nos polos e bojuda no equador. O plano do equador terrestre está inclinado em 23,5 em relação à eclíptica e 5 em relação ao plano da órbita lunar.

77 ECLIPSES SOLARES Os eclipses solares ocorrem quando a Lua, em seu movimento de translação em torno da Terra, passa à frente do Sol e cobre a luz, projetando um cone de sombra sobre a superfície terrestre.

78 Nos locais que ficam dentro dessa sombra observa-se o eclipse total. A seu redor, onde existe uma zona de penumbra, o disco solar é parcialmente visível. Nessa região, observa-se um eclipse parcial. Um eclipse do Sol só é visto no mesmo local da Terra a cada 360 anos (em média).

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81 ECLIPSES LUNARES Os eclipses lunares ocorrem quando a Terra se posiciona entre a Lua e o Sol. Nessas condições a sombra da Terra cobre totalmente a Lua que, por não ter luz própria, perde seu brilho e deixa de ser vista. Os eclipses são totais ou parciais dependendo do quanto a Lua penetra no cone de sombra produzido pela Terra.

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83 Os eclipses lunares são menos frequentes do que os solares, mas quando ocorrem são visíveis em grandes extensões do planeta Terra, mais da metade.

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85 Os eclipses ocorrem nos períodos em que há a intersecção dos planos da eclíptica e do plano orbital da lua, e essa intersecção, chamada linha dos nodos, coincide com a linha Sol-Terra. Esses períodos duram de 1 a 2 meses, dando tempo para que ocorram 2 ou 3 eclipses (Lunar ou Solar, muitos parciais).

86 O tempo entre dois desses períodos é de aproximadamente 173 dias, devido à precessão do eixo da revolução da Lua ser de 18 anos e 11 dias. Este período recebe o nome de saros, e depois dele a sequência de eclipses ( geralmente 41 solares e 29 lunares), se repete. Quaisquer dois eclipses separados por um ciclo de Saros compartilham geometrias muito similares. Eles ocorrem no mesmo nó com a Lua quase na mesma distância da Terra e na mesma época do ano. Como o período de Saros não é igual a um número inteiro de dias os eclipses subsequentes são visíveis de diferentes partes do globo.

87 O deslocamento extra de 1/3 de dia significa que a Terra deve girar mais ~ 8 horas ou ~ 120 a cada ciclo. Para os eclipses solares, isso resulta no deslocamento de cada caminho sucessivo do eclipse em aproximadamente 120º para oeste. Assim, uma série Saros retorna para aproximadamente a mesma região geográfica a cada 3 saroses (54 anos e 34 dias).

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