Do Big-bang à Terra. R. Boczko IAG-USP

Transcrição

1 Do Big-bang à Terra R. Boczko IAG-USP

2 Uma pedrinha qualquer!

3 Formação da Terra Universo Terra Sol Cosmologia (formação do Universo) Evolução estelar Cosmogonia (formação do Sistema Solar)

4 Cosmologia É o estudo do Universo como um todo. Universo é tudo que: Nos influenciou no passado Nos influencia no presente Nos influenciará no futuro

5 Representação do Universo! Nosso Universo

6 Além do Universo...? Universo? Isso não existe!

7 Como explicar a origem e a evolução do Universo a partir dos conhecimentos existentes?

8 Big Bang Big-bang Pré-big-bang (!?!) Pós-big-bang Existia? Havia matéria? Havia energia? Como era? Óvulo primordial Ocorreu? Como evoluiu? Como será o futuro?

9 Qual a possível causa do big-bang?

10 Diferença entre Matéria e Anti-matéria n 0 e - n 0 e + p + p - (Koyno-)Matéria Anti-matéria

11 Interconversão entre m matéria e energia Tocar matéria com antimatéria a E = (m+a).c 2 E Factível em laboratório atualmente m E Comprimir E a Ainda não foi possível obter em laboratório

12 Raio do Universo Explicação para o Big Bang Koino-matéria Anti-matéria Luz Presente m + a E E = (m+a) c2 Futuro Tempo

13 Evolução até estrela

14 Instantes iniciais Universo primordial do Universo Big-bang Universo (H 2 e He)

15 Formação de galáxias Universo por fragmentação Galáxias Galáxia de Andrômeda

16 Contração gravitacional de uma nebulosa Gás Hidrogênio

17 Nebulosa inicial Nascimento de uma estrela Início das reações de Fusão Nuclear Nasceu a estrela!

18 O que é uma estrela? É um corpo gasoso no interior do qual ocorrem reações de fusão nuclear formando elementos mais pesados.

19 Berçário de estrelas

20 Aglomerado Jovem ( NGC 3293 )

21 ? Porque a estrela não colapsa?

22 Pressão Térmica Ar frio Balão com mecha apagada Mecha acesa Devido à temperatura, existe a pressão térmica.

23 (Des)equilíbrio Estático P T < P G Contração P T = P G Equlíbrio P T = Pressão Térmica P G = Pressão Gravitacional P T > P G Expansão

24 Temperatura e cor de uma estrela?

25 Temperatura e cor superficiais de uma estrela Quente K K K K K Sol Fria K K

26 Como se formou o Sol e o Sistema Solar? ( Cosmogonia )

27 Contração da Nebulosa Solar Gás

28 Achatamento da F Grav. nebulosa F Centríf. v F Grav. F Grav. F Centríf. F Grav.

29 Formação do Sol e dos Planetas

30 Formação do Sistema Solar Planeta é sub-produto da formação estelar.

31 Irmã da Terra Filha da Terra Namorada da Terra Irmã Siamesa da Terra E a Lua, como se formou?

32 Lua: Irmã da Terra (co-formação) Terra

33 Lua: 'Terlua' Filha da Terra (centrifugação) Lua Terra

34 Lua: Namorada da Terra (captura gravitacional) Lua Terra Lua

35 Asteróide (?) 'Terlua' Lua e Terra: Irmãs siamesas separadas (choque catastrófico) Lua Terra

36 Choque do cometa Shoemaker-Levy 9 com Júpiter 1994 jul

37 Resultado dos impactos do Shoemaker-Levy 9 em Júpiter, em 1994

38 Limpando o Sistema Solar

39 Sistema Planetário Sujo

40 Vento Solar Elétrons Sol Radiação (luz) Prótons Radiação (calor) Partículas Alfa (núcleos de Hélio) Perda de massa pelo vento solar = 1 milhão de ton por segundo

41 Vento Solar Varrendo as imediações do Sol.

42 Origem dos Cometas Distância entre Sol e Terra: 1 Unidade Astronômica Nuvem de Oort T 1 ua ua P 100 bilhões de cometas

43 Estrutura de um cometa Cometa West Núcleo do cometa Halley Cauda gerada pelo Vento Solar e pela radiação Calor Cabeleira de gás e poeira Sol ~12 x 8 km Rocha recoberta com gelo de água e de CO 2

44 Como se formou e evoluiu a Terra?

45 Sol e Planetas do Sistema Solar S o l Mer Vên Ter Mar Plu Ura Net Júp Sat Planetas telúricos Planetas gasosos ou jovianos Em ordem de distância e em escala de tamanho

46 Distribuição inicial dos elementos químicos do Sistema Solar Nebulosa Solar Elementos pesados Elementos leves Redistribuição dos elementos químicos do Sistema Solar Antes da formação dos planetas Depois da formação dos planetas

47 Redistribuição dos elementos antes da formação dos planetas Redistribuição Tempo Formação dos planetas

48 Redistribuição dos elementos dependendo de seus pesos atômicos Elementos pesados Elementos leves Partículas de luz (fótons)

49 Atrito hidrodinâmico Turbulência + Concentração

50 Redistribuição dos elementos depois da formação dos planetas Redistribuição Tempo Formação dos planetas

51 Rochas, gelos e elementos leves Rochas, gelos e elementos leves Sublimação de gelos e evaporação de materiais leves

52 Limpeza de gelos e materiais leves Rochas, gelos e elementos leves Perde gelos e elementos leves Mantém gelos e elementos leves

53 Formação da Terra

54 As 4 forças da natureza GRAVITACIONAL: ocorre entre dois corpos com massas m m F F ELETROMAGNÉTICA: associada com cargas elétricas/fótons q q FORTE: (intranuclear) mantém o núcleo atômico agregado F F Núcleo Atômico Próton Nêutron FRACA: (decaimento beta) permite a radiatividade beta Elétron n = p e

55 Átomos, moléculas, grãos, planetesimais Átomos + Molécula + Estrutura cristalina ou amorfa Grão + Planetesimal +

56 Agregação de Planetesimais Feto Terra Formação da Terra Bebê Terra: meio pastosa e muito quente Crosta sólida e mais fria T.C. Chamberlin R.F. Moulton C.F. Weizsäcker Criança Terra Região interna pastosa e quente

57 Água e atmosfera da Terra

58 Molhando a Terra... Planetesimal (ou cometa) de gelo Evaporação total Formando os mares Gelo

59 Criando a atmosfera da Terra Erupção vulcânica Liberou gases presos nos materiais do interior da Terra Atmosfera Atmosfera sem oxigênio

60 Uso do oxigênio livre Resultado de erupções vulcânicas CO 2 O 2 Componente original da crosta terrestre Atmosfera Fe O Fe 2 FeO Componente atual da crosta terrestre Só quando todo o Ferro livre na crosta terrestre foi oxidado é que começou a haver Oxigênio livre na atmosfera

61 Empobrecimento de CO 2 na atmosfera Dióxido de carbono Quartzo (areia) CO 2 + CaSiO 3 SiO 2 + CaCO 3 Silicato de cálcio (tipo de rocha) Carbonato de cálcio (mármore)

62 Processos para o enriquecimento de O 2 na atmosfera UV 1_ Desintegração de moléculas de água, por UV, entre 100 e 200 km de altura H 2 O 2 2 H 2 O + UV 2 H 2 + O 2 e, 2_ Predominantemente, por fotossíntese. Atmosfera

63 Água Sais minerais Glucídios Lipídios Moléculas azotadas Fotossíntese Algas e plantas primitivas Luz CO 2 O 2

64 Voltemos à evolução do Sol

65 Plêiades Estrelas Jovens

66 Sol Estrela madura Protoestrela Idade do Sol : 4,52 Bilhões de anos Feto Adolescência Vida Hoje adulta Velhice

67 E... qual será o futuro do Sol? Peso Leve

68 Evolução para Gigante Vermelha Região de fusão nuclear

69 A Gigante Vermelha Sol Terra R= km d = km d km Hoje Num futuro muito distante ( 4,5 bilhões de anos )

70 Evolução para Nebulosa Planetária e Anã Branca Gigante vermelha Anã Branca Nebulosa Planetária Visão de uma Nebulosa Planetária

71 Todas as estrelas evoluem como o Sol? Não!

72 Classificação mássica das estrelas Peso Pena Peso Leve Peso Médio Peso Pesado 0 0, Planeta (anã-marron) Massas solares (aproximadas)

73 Evolução de uma estrela peso médio Peso Médio

74 Evolução de estrelas peso médio He C + g O Si + g Fe + g? Nuvem Inicial H He C O Si Fe n Prótons + Elétrons Nêutrons H He + g C O + g Si Fe + g Estrela de nêutrons

75 Estrutura H He C O Si Fe n inicial de uma estrela de nêutrons Prótons + Elétrons Nêutrons Estrela de nêutrons Raio dezenas de km Densidade bilhões de ton/cm 3

76 Morte violenta de uma estrela

77 Estrela Supernova Carbono Elementos mais pesados Explosão catastrófica He C O Si Fe... Cu Ag Pt Au Pb U...

78 Galáxia parecida com a Nossa Galáxia Morte de estrelas ( Grande Nuvem de Magalhães ) Antes Supernova 1987A Depois

79 Visão atual da supernova vista pelos chineses em 1054 Nebulosa do Caranguejo ( Constelação do Touro ) Remanescente de Supernova

80 Evolução de uma estrela peso pesado Peso Pesado

81 Evolução de uma estrela peso pesado Proto estrela Reação de fusão nuclear Super gigante vermelha Pressão Gravitacional > Pressão Térmica Colapso gravitacional?

82 Buraco Negro Buraco Negro

83 Resumo da evolução estelar

84 Evolução de uma estrela segundo sua massa Massa Marron Peso Pena Nebulosa Peso Leve Peso Médio Gigante Vermelha Super Gigante Vermelha Super Gigante Azul Nebulosa Planetária Anã Branca Estrela de Nêutrons Massa Marron Massa Marron Nebulosa Estrela Supernova Peso Pesado Super Gigante Vermelha Buraco Negro?

85 Big-bang Uma dúvida... Universo (H 2 e He)

86 Formação de estrelas na Nossa Galáxia O Sol e nós! Sol Terra Nós

87 Se o Sol é uma estrela peso leve, sem poder gerar Ferro, por exemplo, então como surgiram os elementos pesados do Sistema solar?

88 Sol: uma estrela de segunda mão H Nebulosa solar H H He C O Si Fe... Cu Ag Pt Au Pb U... H Nebulosa vizinha Estrela Supergigante Supernova? Estrela remanescente

89 Ser Humano Matéria prima: Hidrogênio Pedaços de estrelas que explodiram!

90 Peso Médio Reações de fusão nuclear Super Gigante Vermelha Nebulosa primordial Reciclagem de estrelas Super Gigante Azul Super Gigante Azul Sistema Solar Nebulosa enriquecida Estrela Supernova

91 Respeito às rochas!

92 Fim R. Boczko IAG-USP