Noções de Astronomia e Cosmologia. Aula 10 Sistema Solar Parte II

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1 Noções de Astronomia e Cosmologia Aula 10 Sistema Solar Parte II

2 Planetas telúricos Infol2/EIS-C1.html

3 Planetas jovianos Infol2/EIS-C1.html

4 D i s t â n c i a a Planetas Jovianos: Luas Luas galileanas: J ú p i t e r Rocha Io: tem 9 vulcões ativos simultaneamente Europa: coberta de gelo (H2O) e praticamente sem crateras Ganimedes: superfície de gelo com crateras Calisto: superfície de gelo com muitas crateras e coberta por poeira D e n s i d a d e Provavelmente formadas no disco de Júpiter (Io perdeu elementos leves pois estava na região mais interna e quente): órbitas no plano equatorial de Júpiter e com rotação Gelo prógrada

5 Io Núcleo rico em Fe, manto líquido e fina crosta, ambos de silicatos Forças de maré severas (órbita não circular) Atividades vulcânicas: ejeção de enxofre e dióxido de enxofre que cobrem sua superfície Interação com B de Júpiter corrente de partículas carregadas Transferência de partículas de Io Imagem: NASA

6 Europa Quase total ausência de crateras indica presença de água líquida sob a superfície? Crosta/oceano ~150 km de profundidade Calor necessário para água líquida: interação de maré com Júpiter e luas Rachaduras na superfície: efeitos de maré e atividade tectônica Fina atmosfera de O2 e H2 Imagem: NASA/JPL/Ted Stryk

7 Ganimede e Calisto Maior lua do SS Demais luas: formadas no disco primordial de Júpiter, ou capturadas, ou resultados de colisões entre corpos Imagens: NASA

8 Lua de Saturno: Titã? Atmosfera densa: N2, metano, Ar P = 1,5 atm e T = 93 K na base da atm ciclo do metano Segunda maior lua do SS Imagem: NASA

9 Lua de Saturno: Enceladus Único sistema hidrotermal ativo encontrado além da Terra? 10 km de oceano (salgado) abaixo do gelo em um dos polos Calor deve vir da interação gravitacional com Saturno Plumas e representação artística. Superfície gelada de Enceladus. As fissuras em azul são locais de plumas de vapor d'água. Imagem: Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA, NASA

10 Luas de Urano Todas as luas e o sistema de anéis orbitam seu plano equatorial mas este está inclinado 97,5o em relação à eclíptica! Orientação do sistema de Urano é um mistério Imagem do Hubble (Infravermelho próximo) Credit: NASA Planetary Photojournal

11 Luas de Urano Miranda: Φ = 470 km Evento de colisão? Única: Destruição + reagrupamento? Várias: derretimento e recongelamento da superfície? Credit: NASA/JPL

12 Lua de Netuno: Tritão T = 37 K (superfície) Lagos congelados de água e gelo no polo sul de N2, CH4, CO e CO2 Superfície recente (poucas crateras) Atmosfera fina, predominantemente N2 (gás proveniente de erupções do interior?) P = 1,6 x 10-5 atm Vulcões de água? Credit: NASA/JPL

13 Lua de Netuno: Tritão Provavelmente capturada Movimento retrógrado Inclinação de 20o em relação ao equador de Netuno Composição semelhante aos objetos do Cinturão de Kuiper Proximidade do Cinturão de Kuiper Pode ter desestabilizado um sistema de satélites pré-existente na órbita de Netuno (13 luas atualmente)

14 Anéis planetários Saturno: Partículas de tamanhos variados (~cm m) Estrutura complexa Composição: gelo (água) e poeira Júpiter Muito tênue Área: desde perto de Júpiter até ~3RJ Composição: primariamente poeira que é constantemente fornecida pela colisão de micrometeoritos com objetos maiores nos anéis

15 Anéis planetários Urano Bastante finos Composição: poeira (albedo muito, muito menor que o de Saturno) Netuno Alguns muito finos; outros camada difusa de poeira

16 Saturno

17 Saturno

18 Júpiter Crédito: NASA

19 Urano Credit: NASA Planetary Photojournal Crédito: NASA

20 Netuno Crédito: NASA

21 Limite de Roche: distância mínima para um objeto manter sua estrutura numa órbita a um corpo massivo sem começar a desintegrar-se devido às forças de maré

22 Anéis planetários: formação

23 Corpos menores do SS Além dos planetas e suas luas, há milhares de corpos menores no SS Asteroides: corpos rochosos, muitos deles em órbitas entre Marte e Júpiter, no Cinturão de Asteroides Objetos Transnetunianos: corpos de gelo em órbitas além da de Netuno, nas regiões chamadas Cinturão de Kuiper e Nuvem de Oort Cometas: corpos de gelo que passam maior parte do tempo na Cinturão de Kuiper ou na Nuvem de Oort e podem passar pelo SS interior ou que estão de passagem, não fazendo parte do Sistema Solar.

24 Titius-Bode Johann Titius (1766): detectou uma regularidade nas distâncias médias dos planetas do Sol, popularizada mais tarde por Johann Elert Bode Lei de Titius-Bode a = n a é a distância média Sol n-ésimo planeta em AU

25 Titius-Bode Prevê bem as distâncias de Vênus a Saturno e até de Urano, que ainda não tinha sido descoberto em 1766 (detalhe: para Mercúrio se tem que usar 2n = 0, e não 2n= 2-1= 0.5)

26 Asteroides A lei de Titius-Bode prevê um planeta a 2.8 AU do Sol, entre Marte e Júpiter Giuseppe Piazza (1801): encontrou um objeto a 2.77 AU do Sol de diâmetro ~1000 km, e o chamou de Ceres, o primeiro asteroide descoberto (planeta anão) Desde então encontraram > asteroides na região entre 2 e 3.5 AU do Sol, chamada Cinturão de Asteroides Apesar da previsão correta das distâncias de Urano e Ceres, hoje os astrônomos acreditam que a Lei de Titius-Bode e só um acaso.

27 Cinturão de Asteroides Agrega a maior parte dos asteroides Composição: Mais próximos: tendem a ser rochosos, compostos por silicatos e isentos de água Mais afastados: maioria carbonáceos, compostos por minerais argilosos e com presença de água

28 Asteroides Asteróides Troianos: compartilham a órbita de Júpiter, 60 à frente ou atrás do planeta gigante (lembram dos pontos lagrangianos?) Crédito: Lunar and Planetary Institute

29 Meteoritos Meteoro: Faixa de luz produzida conforme matéria do sistema solar entra na atmosfera terrestre, criando incandescência temporária (resultado da fricção com a atmosfera) Meteoróide: matéria no espaço interplanetário que seja muito pequena para ser chamado asteróide ou cometa Meteorito: um meteoróide que alcança a superfície da Terra sem ser vaporizado completamente

30 Meteoritos Origem: Acredita-se que sejam originados de asteroides ou cometas, sendo fragmentos destes Várias amostras têm conclusivamente mostrado terem originado-se da Lua Oito meteoritos suspeitos de terem vindo do Marte

31 Meteoritos Perturbação por campos gravitacionais: a influência gravitacional de Júpiter é capaz de redesenhar a órbita de um asteróide de forma a fazê-lo mergulhar para o interior do sistema solar e cruzar a órbita de Terra Fluxos de meteoros formados pela decomposição de um núcleo de cometa: Fragmentos espalhados na órbita original do cometa Órbita da Terra cruza um fluxo de meteoro: chuva de meteoros

32 Meteoritos Datação: idade de ~4,5 bilhões de anos Amostras de matéria dos primórdios do sistema solar Meteorito Itapuranga (628 kg.), Itapuranga, GO Grupo dos sideritos (rico em ferro). Foto: Jaime de Souza Marcos Hoba West, o maior meteorito encontrado até hoje na Namíbia. Tem 2,7 m de comprimento por 2,4 de largura e ~60 toneladas. Imagem: Carlos Reis

33 Cometas Bolas de gelo sujo Núcleo: gelo + poeira Coma: Nuvem de gás e poeira produzida a partir da sublimação do gelo quando o núcleo do cometa se desloca do SS exterior, frio, para as regiões mais quentes próximas ao Sol Halo: envelope de H gasoso que circunda a coma Cauda

34 Cometas Crédito: NASA/JPL; Carroll & Ostlie

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36 Caudas dos Cometas Sempre direcionada contra o Sol Interação com o vento solar e campo magnético Pressão de radiação sobre os grãos liberados Crédito: Carroll & Ostlie

37 Composição dos Cometas Núcleo ~10 km Maior parte: H2O, CO e CO2 Outros compostos orgânicos e minerais presentes (tabela parcial ao lado) Crédito: Carroll & Ostlie

38 Nuvem de Oort Cometas de curto período: Torbital < 200 anos Cometas de longo período: Originam-se no Cinturão de Kuiper Originam-se na nuvem de Oort Região localizada entre 3000 e UA do Sol Contém objetos Massa total ~100 MTerra

39 Nuvem de Oort Provável origem: Planetesimais nas vizinhanças de Urano e Netuno Interações gravitacionais com os gigantes os catapultaram Interações gravitacionais com estrelas e nuvens de gás distribuição quase esférica nas regiões mais exteriores Alterações nas trajetórias que os fazem penetrar o sistema solar interior

40 Cinturão de Kuiper Disco cometário localizado entre 30 e 50 UA Objetos também chamados de transnetunianos

41 Planetas (a) Corpos que orbitam o Sol; (b) que estejam em equilíbrio hidrostático (massa suficiente para que a autogravitação supere a rigidez do material, tomando a forma esférica); (c) que limparam as vizinhanças em torno de sua órbita; (d) planeta-anão satisfaz (a) e (b) mas não (c). União Astronômica Internacional/2006

42 Plutão Planeta anão Há sistemas similares no Cinturão de Kuiper Objeto transnetuniano 2/3 diâmetro da Lua Massa ~ 1/6 Lua Torbita = 248 anos Órbita bastante elíptica (e=0,25) Órbita inclinada 17o em relação à eclíptica

43 Plutão Provável núcleo rochoso coberto por gelo Caronte: lua com metade do seu tamanho Superfície N2 congelado (97%), CO (1%) e CH4 (2%) Exibe diferente composição e estrutura (superfície de H2O congelado) Rotação retrógrada

44 Plutão New Horizons: Plutão e Caronte orbitando o CM (28/05-25/06/15)

45 Plutão no Sistema Solar

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49 Formação do Sistema Solar Hipótese: O Sol se formou com o colapso da nebulosa solar Conforme colapsa, rotação aumenta formando um disco de material No disco: Temperatura varia com a distância ao proto-sol: rochas puderam se agregar ao longo do disco mas gelo só após a posição do cinturão de asteróides

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52 Formação do Sistema Solar Parte interna do disco: alta T + massa pequenas retenção de elementos muito leves inibida Os gigantes, mais massivos e frios, acumularam gases para formar atmosferas primitivas por vezes extensas sobre planetesimais rochosos e com gelo

53 Formação do Sistema Solar Ao redor dos gigantes, pequenos discos de acresção, que formariam suas luas. Algumas formadas pela agregação de planetesimais ou captura também Planetas rochosos: processo de formação diferente para as luas

54 Formação do Sistema Solar Um pouco dentro da região da formação de gelo: planetesimais rochosos não conseguiram formam um planeta grande, só corpos menores => Cinturão de Asteroides Quanto mais para o exterior, tanto mais gelo podia ser integrado nos asteroides => Explica as posições dos vários tipos de asteroides Para o exterior dos protoplanetas gigantes: densidade menor, planetesimais de gelo também só conseguiram formar corpos menores => Cinturão de Kuiper

55 Formação do Sistema Solar Por interações viscosas e de maré com o disco de acreção e com os planetesimais, Júpiter migrou para dentro, enquanto Saturno, Urano e Netuno migraram para o exterior do disco No caminho, os planetas gigantes capturaram alguns planetesimais, e defletiram outros, para dentro ou para fora do disco

56 Formação do Sistema Solar Os planetesimais defletidos para dentro caíram sobre os planetas e luas recém-formados crateras de impacto Isto continua em escala menor até hoje, e deve ter sido particularmente intenso uns 700 milhões de anos após a formação do SS, quando Júpiter e Saturno passaram por uma ressonância de 1:2, causando os dois a colaborarem, amplificando as deflexões => bombardeamento pesado

57 Formação do Sistema Solar Os defletidos para fora formaram a Nuvem de Oort, ou foram expelidos do Sistema Solar No caminho pra fora, Netuno ainda capturou alguns objetos da Cinturão de Kuiper em ressonâncias orbitais 3:2, os plutinos atuais.

58 Formação do Sistema Solar