Sistema Solar. Gastão B. Lima Neto Vera Jatenco-Pereira IAG/USP.

Transcrição

1 Tamanhos, distâncias e propriedades Membros: Planetas Terrestres e Jovianos Satélites e Anéis Atmosferas e interiores dos planetas Cometas, Asteróide, NEOs Sistema Solar Gastão B. Lima Neto Vera Jatenco-Pereira IAG/USP AGA semestre/2017

2 Sistema Solar Sistema de objetos celestes ligados pela gravitação ao Sol. O Sol corresponde a 99,87% da massa total do Sistema Solar. Júpiter corresponde a 0,1%; a Terra corresponde a 0,0003%. Muitos sistemas planetários ligados a outras estrelas estão sendo descobertos: exoplanetas.

3 Componentes do Sistema Solar Uma estrela (Sol); 8 planetas e 5 planetas-anões reconhecidos pela UAI; asteroides, satélites, cometas; meteoroides, poeira e gás. Asteroides = de ~ 1000 km até 1 metro. Meteoroide = de 1m até pequenos grãos (1 mícron). Poeira = 1 mícron até algumas moléculas.

4 (não há corpos de massa semelhante nas proximidades) Enos Picazzio (IAG/USP)

5 Satélites do Sistema Solar em comparação com a Terra Total 5 Total km Total 27 Total 67 imagem: NASA/wikipedia Total 62 Terra (para comparação)

6 Sistema Solar Os cinco planetas mais brilhantes, visíveis a olho nu, já eram conhecidos desde a antiguidade. A palavra planeta em grego significa astro errante: o planeta se move em relação às estrelas fixas. Depois da invenção do telescópio, outros dois planetas, satélites de outros planetas, asteróides, etc., foram descobertos. 4 maiores satélites de Júpiter em 1609 por Galileu ( ). Urano em 1781 por William Herschel ( ). Ceres em 1801 por Giuseppe Piazzi ( ). Netuno em 1846 por Johann Gottfried Galle ( ) após previsão teórica de Urbain Le Verrier ( ) e John Couch Adams ( ). Plutão em 1930 por Clyde Tombaugh ( ). Éris em 2001, Haumea em 2004 e Makemake em 2005, por Michael Brown e a equipe do Observatório do Monte Palomar.

7 Sistema Solar: nomes Tradicionalmente, os nomes dos corpos do Sistema Solar são associados a entidades mitológicas. Os planetas têm nomes de deuses romanos: Júpiter, deus dos deuses; Vênus, deusa do amor e da beleza; Marte, deus da guerra; Plutão, deus do inferno; Mercúrio, mensageiro dos deuses; Ceres, deusa dos grãos, cereais; Saturno, pai de Júpiter, deus da agricultura; Haumea, deusa do nascimento (mitologia Havaiana). Urano, deus do céu e das estrelas; Éris, deusa grega da discórdia; Netuno, deus do Mar; Makemake, criador da humanidade na mitologia Rapanui (Ilha de Páscoa).

8 Órbitas (quase) coplanares dos planetas As órbitas dos planetas estão praticamente no mesmo plano. A dimensão do sistema solar até Netuno é de ~30 UA. Planetas anões não obedecem esta regra. 1 Unidade Astronômica (UA) = km Éris 44 o Plutão 17 o Terra Eclíptica

9 Estrutura do Sistema Solar Júpiter Cinturão de Asteróides Cinturão de Kuiper Sedna Marte O Sistema Solar vai muito além dos planetas. Plutão Depois da órbita de Netuno (30 UA) encontra-se o cinturão de Kuiper, com planetas anões e corpos congelados. Ao redor do Sistema Solar, com uma distribuição esférica está a Nuvem de Oort entre 50 e 100 mil UA. Borda interna da Nuvem de Oort Órbita de Sedna imagem: NASA/JPL

10 Sistema Solar na Via Láctea 1 ano-luz = 9,46 x km. 1 ano-luz = 63,24 mil vezes distância Terra Sol (63,24 mil UA). Sistema Solar está a cerca de 26 mil anos-luz do centro Galáctico.

11 Classificação dos planetas Telúricos: Mercúrio, Vênus, Terra e Marte. Jovianos: Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. Planetas anões: Éris, Plutão, Ceres,..., não se enquadram em nenhuma das categorias. Propriedades fundamentais dos Planetas

12 Planetas Telúricos ou Terrestres (a Lua não é um planeta! Só está aqui para comparação)

13 Propriedades Físicas Algumas propriedades dos planetas Telúricos e da Lua. Massa Raio Densidade Gravidade Superficial (kg) Terra=1 (km) Terra=1 (kg/m 3 ) Terra=1 Mercúrio 3, , , ,38 Vênus 4, , , ,90 Terra 6, , , ,00 Marte 6, , , ,38 Lua 7, , , ,17 Alta densidade (água: 1000 kg/m 3 ) Tamanho e massa comparáveis à Terra A região do plano da Eclíptica até 4 UA do Sol é dominada por objetos rochosos: 4 planetas, 1 planeta-anão (Ceres), satélites e milhares de asteróides.

14 Propriedades orbitais Mercúrio gira 3 vezes em torno de si para cada 2 vezes que gira em torno do Sol Devido ao efeito de ressonância. Rotação (dia sideral): 59 dias terrestres. Translação: 88 dias terrestres. Dia solar: 176 dias terrestres composição de movimentos. Vênus gira no sentido contrário (rotação retrógrada) em 243 dias terrestres, enquanto a translação dura 224 dias terrestres. Colisões durante a formação? O eixo virou de ~180? O ano marciano é aproximadamente o dobro do ano terrestre e, devido à inclinação do eixo de rotação, Marte apresenta estações do ano muito parecidas com as da Terra. O dia de Marte também é semelhante ao terrestre, 24h39m.

15 Atmosfera dos planetas telúricos Mercúrio Vênus Alta temperatura ~700 K (430 C) e pequena massa: Não consegue reter atmosfera; tem 1 tonelada de atmosfera. Sem atmosfera, não retém calor: temperatura cai durante a noite a ~100 K ( 173 C). Podemos observar as estrelas durante o dia em Mercúrio. Composição: 42% O 2, 29% Na, 22% H 2, 6% He. Origem: emissão de gás do planeta e/ou efeito do vento solar Foto obtida pela sonda Venus Express da ESA em Imagem em cores falsas no ultravioleta. Atmosfera mais alta e mais densa do que na Terra. Pressão = 90 P Terra. Temperatura na superfície = 730 K (460 C, zinco e chumbo derretem) Composição: 96,5% CO 2, 3,5% N 2. Nuvens com gotas de ácido sulfúrico. Marte Atmosfera: Pressão = 1/150 P Terra. T superfície = ~ 210 K ( 60 C); Máx.: ~20 C. Composição: 95,3% CO 2, 2,7% N 2, 1,6% Ar, CO, O 2, H 2 O Pouca atmosfera, grande variação de temperatura entre dia e noite (mais de 100 ).

16 Atmosfera dos planetas telúricos Efeito estufa em Vênus: A grande concentração de CO 2 impede o escape da radiação infravermelha causando o efeito estufa, o que provoca o aumento da temperatura no planeta. Efeito mais forte em Vênus que na Terra.

17 Superfície dos planetas telúricos Mercúrio Muito similar a Lua. Crateras não tão altas. Não mostra grandes extensões de lavas (mares lunares). Foto Mariner 10: distante de km de Mercúrio. Mercúrio observado pela sonda Messenger em 2008 a uma altura de 27 mil km. A Messenger ficou em órbita de Mercúrio de 03/2011 até 04/2015.

18 Superfície dos planetas telúricos Vênus A superfície não pode ser observada diretamente Mapas são feitos com radares em sondas Duas maiores estruturas ( continentes ): Ishtar [próximo do pólo norte] e Aphrodite [no equador]. Há evidências de atividade vulcânica e crateras em Vênus. Ishtar Montes Maxwell Atlanta planitia Rhea mons Theia mons Aphrodite Mapa de altitude produzido com dados da sonda Magellan em 1993

19 Superfície dos planetas telúricos Marte A superfície pode ser observada facilmente. Monte Olimpo, maior vulcão do Sistema Solar; 25 km de altura, 700 km de diâmetro Mapas são feitos com observações da Terra e sondas Alba Patera Vale Marineris, canyon com 4000 km de extensão, 7 km de profundidade Vista sob a perspectiva da sonda Viking 1: terreno rochoso avermelhado (óxido de ferro). Céu rosa pálido. Mapa de altitude produzido pela missão Mars Global Surveyor ( )

20 Superfície dos planetas telúricos Marte: água na superfície e abaixo Imagens de canais, interpretados como sendo causados por fluxo de água há 4 bilhões de anos. Lago de água congelada (e não gelo seco pois a temperatura estava alta) de 10 km de diâmetro (Mars Express Orbiter)

21 Superfície dos planetas telúricos Marte: missões no solo. Viking 1 & 2 (1976): primeiras imagens feitas no solo marciano Mars Global Surveyor ( ): mapas e estudos das variações climáticas Pathfinder (Sojourner depois do pouso, ) Phoenix Mars Lander (2008): estudou o solo e atmosfera no pólo norte de Marte Opportunity (2004 ) e Spirit ( /2010)

22 As luas de Marte Phobos e Deimos foram descobertas em 1877 por Asaph Hall. São muito irregulares e marcadas por crateras. Acredita-se que são asteróides capturados por Marte (mas há controversia). Phobos (28x20 km) visto pela Mars Reconnaissance Orbiter. Phobos tem uma órbita baixa (5.800 km acima da superfície) e deverá se desintegrar devido às forças de maré de Marte em ~ 100 milhões de anos. Deimos(15x11 km) visto pela Mars Reconnaissance Orbiter, está a km de distância de Marte.

23 Estrutura interna dos planetas telúricos Enos Picazzio (IAG/USP)

24 Cinturão de asteróides Objetos principalmente entre Marte e Júpiter Pala Ceres Vesta Marte Asteroide significa objeto com aparência estelar (aster = estrela em Grego).

25 Cinturão de Asteroides Sonda DAWN entrou em órbita de Ceres no dia 6/março/2015. A sonda viajou 7 anos e meio e já orbitou o asteróide Vesta entre julho 2011 e setembro Ponto brilhante no interior de uma cratera de 92 km de diâmetro de Ceres. Depósito de água? Sal? Ceres: um planeta anão no Cinturão. Imagen:JPL/NASA Vesta Vários asteroides (84 conhecidos) têm satélites (ex. Ida e Dactyl): Imagen:JPL/NASA

26 Planetas jovianos (gigantes gasosos) Em Júpiter a 20 mil km de profundidade a temperatura sobe para 10 mil K e a pressão chega a 300 mil atmosferas o hidrogênio líquido se torna condutor de eletricidade e daí a sua classificação de Hidrogênio metálico.

27 Rotação dos planetas jovianos Como medir rotação de planetas que não apresentam superfície sólida? Características da atmosfera movem-se a diferentes taxas de rotação diferencial. Júpiter (P equador = 9 h 50 m ; latitudes 6 m a mais). Saturno: diferença entre equador e pólo 56 m. Medidas na variação de emissão rádio indicam valores para rotação na região mais interna. Imagens da sonda New Horizons em 2007 (NASA, Johns Hopkins Univ.)

28 Júpiter Maior planeta do Sistema Solar. Atmosfera: 90% H, 10% He. Traços de metano, amônia e água. Estrutura de bandas (faixas) Propenso a grandes tempestades A grande Mancha Vermelha é um anti-ciclone que já dura mais de 4 séculos e tem 3x o tamanho da Terra. imagem HST A Mancha Vermelha é alimentada pelo calor de Júpiter e absorve ciclones menores.

29 Satélites galileanos Descobertos por Galileu em 1609: Io Europa Ganimede Calisto animação equivale a cerca de 11 dias

30 Satélites galileanos Imagens da sonda Galileo, 1998 Vulcanismo em Io Superfície de gelo em Europa Diferentes tons nas superfícies de Calisto e Ganimede.

31 Saturno Segundo maior planeta, caracterizado por seu sistema de anéis. Galileu observou os anéis de Saturno em 1610, mas não o reconheceu como tal. Christiaan Huygens descreve os anéis como um disco em Giovanni Cassini descobre em 1675 que os anéis são múltiplos e com separações entre eles. Em 1859, James Maxwell mostra que os anéis não podem ser sólidos, e sim compostos por partículas. Espessura dos anéis é menor do que 100 metros (80 mil km de largura das componentes mais blilhantes). Aparência dos anéis ao longo de 30 anos, devido à inclinação de Saturno em relação ao plano de sua órbita

32 Satélites de Saturno Imagem de David Seal, NASA Titan, maior lua de Saturno, é maior do que Mercúrio e tem uma atmosfera espessa. Sua atmosfera pode ser semelhante à da Terra primordial. Titan apresenta lagos, nuvens e, provavelmente, até chuva (de metano). Além da Lua, Titan é o único satélite em que uma sonda pousou (Huygens em 2005). imagens da sonda Cassini e Huygens (ESA)de Titan

33 Urano e Netuno Urano foi o primeiro planeta descoberto com o uso de telescópio foi Sir William Herschel em 1781, que propôs que fosse chamado Georgium Sidus (estrela de Geoge, em homenagem ao rei da Inglaterra). Ao longo do anos, verificou-se que o movimento observado de Urano não coincidia com as previsões teóricas. John Adams, em 1843, e Urbain Le Verrier, em 1845, postularam a existência de um corpo que poderia perturbar o movimento de Urano. Em 1846, Le Verrier enviou seus cálculos ao observatório de Berlin, onde Joahann Galle descobriu Netuno a 1 da posição prevista. Galileu observou Netuno em 1612 e 1613, mas não o reconheceu como planeta. Netuno, observado pela sonda Voyager 2 em 1989 Todos os planetas jovianos possuem anéis. Urano, observado pelo telescópio Keck em 2004.

34 Inclinação de Urano G. Boué & J. Laskar, 2010 (BdL, França) O eixo de rotação de Urano é quase coincidente com o plano orbital. Teoria clássica: colisão com um corpo do tamanho da Terra na época de formação. Teoria alternativa: evolução lenta devido a uma interação com um satélite (via ressonância) que já se perdeu. este cenário explica as órbitas equatoriais dos satélites de Urano.

35 Atmosfera de Urano e Netuno Semelhante a Júpiter e Saturno, mas com pouco NH 4 (amônia) e mais CH 4 (metano) Isto dá a cor mais azulada destes planetas. Urano apresenta faixas como Júpiter, mas muito mais fracas. Mancha escura de Urano, descoberta em 2006 em imagem do Telescópio Hubble. Urano Grande Mancha escura de Netuno. Resolução da imagem ~ 50 km. Nuvens rosadas de cristais de gelo de metano (observadas no infravermelho). Mudanças devido às estações do ano em Netuno. Netuno

36 Cinturão de Kuiper Além da órbita de Netuno. Muito menor que a nuvem de Oort.

37 Cinturão de Kuiper: objetos trans-netunianos e planetas anões Caronte Plutão

38 Plutão e Caronte Plutão foi descoberto em 1930 por Clyde Tombaugh, foi classificado como planeta até Segundo maior planeta anão, com 5 satélites conhecidos. O maior deles é Caronte, descoberto em 1978 por James Christy. Em relação a Plutão, Caronte é enorme. Plutão e Caronte foram visitados pela sonda New Horizons em 07/2015. Imagem de 2006 do HST

39 Cometas Cometa Halley visto da sonda Giotto em 1986 Cometas são bolas de gelo com poeira. muitas moléculas orgânicas. Em 2009 foi descoberto um aminoácido, glicina (C 2 H 5 NO2), no cometa Wild 2 pela sonda Stardust. A cauda dos cometas sempre apontam na direção oposta do Sol, resultado do vento solar. direção do Sol Cometa de Halley pintado por Giotto em 1302 coma núcleo cauda Próxima passagem do Halley em Cometa Lulin. Foto de J. Schedler de 02/2009 Tapeçaria de Bayeux, retratando a invasão normanda da Inglaterra em 1066 e a passagem do cometa de Halley.

40 Cometas órbitas de cometas de período curto Cometas de curto período: órbitas elípticas; origem no cinturão de Kuiper. Cometas de longo período: órbitas parabólicas; origem na nuvem de Oort. órbitas dos cometas com período superior a 200 anos

41 Meteoróides consistem em restos de cometas ou fragmentos de asteróides, que podem colidir entre si ou com os planetas, satélites e asteróides. Quando um meteoróide entra na atmosfera terrestre gera um traço de luz no céu chamado meteoro. Se parte sobrevive e atinge o chão temos um meteorito. Meteorito do Museu Catavento, São Paulo Meteoro observado com a Via Láctea de fundo (2009) Foto:Tony Rowell / Astrophotostore.com

42 Cratera de Meteorito próxima de Flagstaff, Arizona, EUA Impacto há anos Diâmetro inicial do meteorito: 50 m 1,2 km

43 Entre 5 e 300 toneladas de material atingem a atmosfera da Terra por ano. Cerca de 500 meteoritos chegam à superfície da Terra por ano. Em média, a cada ano cai um meteoróide do tamanho de um carro. - Objetos com menos de ± m queimam inteiramente na atmosfera. Intervalo entre impactos [anos] mil 100 mil 1 milhão 10 milhões 100 milhões Energia do impacto [megaton] Hiroshima (10 m) Tunguska todos testes nucleares entre Fim do Cretácio Diâmetro [km]

44 Cratera de Colônia em São Paulo O Diário Oficial da Cidade publicou no dia 12/06/2007 o Decreto nº , assinado pelo prefeito de São Paulo, que cria o Parque Natural Municipal da Cratera da Colônia. Localizado na Área de Proteção Ambiental (APA) Capivari-Monos, no extremo-sul do Município de São Paulo. Impacto há ~36 milhões de anos

45 Próximas encontros: Asteroides com mais de 500m de diâmetro e passagem a menos de 1 milhão de km.