Introdução à Astrofísica. Rogemar A. Riffel
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- Lucca Roberto Bonilha Faria
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1 Introdução à Astrofísica Origem do Sistema Solar Rogemar A. Riffel
2 Requerimentos do Modelo As órbitas dos planetas são em sua maioria coplanares e paralelas ao equador Solar; As órbitas são quase circulares; Os planetas orbitam o Sol com órbitas no sentido anti-horário, que é a direção da rotação solar; A maioria dos planetas rota no sentido anti-horário (exceto: Vênus e Urano); A distância deles ao Sol obedece a lei de Titus-Bode; Os planetas tem ~98% do momento angular do sistema solar, mas apenas 0.15% da massa; Planetas Terrestre e Jovianos exibem diferenças físicas e químicas; A estrutura dos satélites dos sistemas planetários lembram sistemas solares em miniaturas.
3 Várias teorias Ao longo dos séculos foram desenvolvidos vários modelos para descrever o Sistema Solar. Os principais são: Modelos baseados em turbulência; Teoria Nebular (antiga); Teoria de Forças de Maré; Teorias de Acreção; Teoria Nebular (moderna).
4 Modelos baseados em turbulência Decartes ( ) : Primeiro a propor um modelo científico para a existência do sistema solar, em 1644; O universo, então cheio de éter e matéria, era cheio de vórtices de todos os tamanhos. Apenas qualitativo; Não explica o plano da eclíptica; Abandonado após a descoberta das leis de Newton.
5 Teoria Nebular - Antiga Proposta por Kant em 1755 e formulado por Laplace em 1796; Nebulosa em rotação deu origem ao Sistema Solar. A nebulosa contrai-se sob a influência da gravidade e sua velocidade rotacional aumenta até que ela colapse em um disco. O Sol se forma da concentração central e os planetas são formados a partir dos anéis de planetesimais.
6 Teoria Nebular - Antiga Vários problemas no Século XIX; É difícil explicar a formação de um planeta a partir de um anel de planetóides; O momento angular do sistema solar deveria estar em sua maioria no Sol, mas não é isso que se observa. A maior parte do momento angular está nos planetas (Júpiter 60% e Saturno 25%); Como a maior parte da massa do sistema solar está no Sol (99.8%) o Sol deveria ter retido a maior parte do momento angular do Sistema Solar e deveria ter P~1/2 dia.
7 Teorias de Força de Maré Os planetas se formaram de material ejetado do Sol Buffon ( ): O Sistema Solar surgiu de uma ejeção de matéria do Sol devido a colisão com um cometa. Esta teoria não tem base científica. Na época não se conhecia o material dos cometas. Devido a problemas com a teoria nebular, esta teoria ganhou força e foi revista.
8 Teorias de Força de Maré Colisão entre o Sol e outra estrela: Os planeta se formaram de material condensado perdido pelo Sol (evento raro). No momento do encontro (ponto + próximo) um filamento do Sol foi arrancado e passou a circundar o Sol com momento angular alto. A condensação destes filamentos em grandes planetas é difícil de explicar. Década de 30: Modelos que sugerem que o Sol inicialmente fazia parte de um sistema binário e que os planetas se originaram da companheira. Década de 60: Wolfson sugeriu que o encontro entre o Sol e uma protoestrela arrancou um filamento da proto-estrela que se condensou e formou os planetas. Leva em conta a composição química e isotropia dos planetas (se originaram de um meio frio)
9 Teorias de Acreção Possibilidade de o Sol acretar material interestelar Uma estrela próxima do Sol (Schmidt 1944): permite que o meio interestelar se condense em planetas (ponto de Lagrange) O Sol passou por duas nebulosas (Alfén & Arrhenius): Uma formada por grãos não voláteis (sólidos) Planetas terrestres. Outra formada por H Planetas Gigantes
10 Teoria nebular moderna A questão do momento angular é explicada pela perda de massa do Sol; Uma estrela em rotação perde massa através do fluxo de partículas ao longo das linhas de campo magnético (vento solar) As partículas são transportadas a uma distância a muito maior que o raio R da estrela; Uma pequena perda de massa é suficiente para Uma pequena perda de massa é suficiente para levar o momento angular do Sol ao valor observado hoje (a/r=10 e dm/dt = M Sol )
11 Teoria nebular moderna Baseada na Teoria Original de Laplace Sol e Planetas foram formados quase simultaneamente. Massa da nuvem primordial = Massa de Jeans > 10 5 Msol A nuvem colapsa gravitacionalmente. Força gravitacional x pressão
12 Teoria nebular moderna A nuvem gira mais rapidamente enquanto a nuvem colapsa aumento de Spin
13 Teoria nebular moderna Devido a competição entre a força gravitacional, pressão do gás e rotação, a nebulosa em contração começa a achatar em uma panqueca em rotação com um bojo no centro.
14 Teoria nebular moderna O Sol se forma no centro. O disco se esfria e dá origem aos planetesimais com alguns km. Nas regiões mais externas: A temperatura é menor e até mesmo materiais voláteis se condensam. Nas regiões internas: A temperatura é maior e os materiais voláteis são perdidos.
15 Teoria nebular moderna Núcleos Planetários Externos: Silicatos e gelo Cresceram até 10 M Terra Campo gravitacional grande = acretaram H e He Internos Apenas silicatos Não cresceram muito
16 Teoria nebular moderna Fornece algumas explicações naturais para alguns fatos observados no sistema solar, como: a) As órbitas dos planetas estão todas no mesmo plano com o Sol no centro (~circulares); b) Os planetas todos revolvem na mesma direção c) A maioria dos planetas rota na mesma direção com eixos de rotação aproximadamente perpendiculares ao plano orbital.
17 Teoria nebular moderna A distribuição de temperatura da nuvem primordial explica as diferentes composições químicas dos planetas. Elementos voláteis (H; He e gelo) estão ~ ausentes nos planetas interiores Estes planetas são compostos basicamente por rochas, material que condensa a ~500K.
18 Teoria nebular moderna A diferença de abundâncias químicas entre Mercúrio e Marte mais Fe e O (500K) em Marte que em Mercúrio. Na parte mais externa da nuvem os materiais voláteis condensaram e puderam ser acretados pelos planetesimais. Os objetos na periferia do Sistema Solar (Cinturão de Kuiper) podem sobreviver. O início das reações nucleares no Sol (1 Milhão de Anos) e o vento solar expulsaram o material interestelar residual e marca o fim da formação do Sistema Solar.
19 Teoria nebular moderna Outros Sistemas Planetários
20 Teoria nebular moderna Outros Sistemas Planetários Imagem do HST de 4 discos proto-planetários Diâmetros entre 2 e 8 vezes o diâmetro do Sistema Solar.
21 Teoria nebular moderna Outros Sistemas Planetários
22 Teoria nebular moderna Outros Sistemas Planetários O que ainda não observamos? O que observamos?
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