Mini-Curso Livre de Sistema 1Solar

Transcrição

1 Mini-Curso Livre de Sistema 1Solar Nuno Peixinho Grupo de Astrofísica da Universidade de Coimbra Observatório Astronómico da Universidade de Coimbra Departamento de Matemática Faculdade de Ciências e Tecnologia Universidade de Coimbra

2 O Sistema Solar

3 Classificação Planetas Telúricos (Terrestres ou Interiores); Planetas Gigantes (Jovianos, Gasosos, ou Exteriores); Satélites Naturais (Luas); Sistema Plutão-Caronte; Cintura de Asteróides; Cometas; Centauros; Troianos; Objectos Trans-Neptunianos (Cintura de Kuiper); Nuvem de Oort.

4 Dinâmica O Sistema Solar tem uma estrutura bastante regular: Os planetas orbitam no sentido directo (anti-horário); Movem-se em órbitas co-planares (com excepções); A distância ao Sol de cada planeta é mais ou menos o dobro da distância do anterior (lei de Titius-Bode - errada!)

5 Leis de Kepler A dinâmica do Sistema Solar rege-se pelas leis de Kepler: As órbitas são elipses, sendo o Sol um dos focos; P 2 [anos]=a 3 [AU] : 1 AU km; Áreas iguais são percorridas em tempos iguais (relativamente ao foco, i.e. Sol).

6 Formação do Sistema Solar Modelo de Acreção Colisional (Evolucionista) [Schmidt, Levin, Safronov, Wetheril ( )] Há 4.6 Ga, uma nuvem de gás e poeiras de M 2-3 M Sol, D 100 AU, T 25 K, colapsa e aquece; No seu centro forma-se o Sol; Diferentes grãos sólidos condensam-se, em função da distância ao Sol (i.e. temperatura); Os grãos aglomeram-se (acreção): primeiro apenas por colisão (tipo pano do pó); depois também por atracção gravítica (tipo aspirador); até que o interior dos grandes corpos aquece; estes diferenciam-se; e dá-se origem aos planetas. Tudo em menos de 100 Ma!

7 Os Planetas Telúricos

8 Estrutura Interna Núcleos metálicos. Mantos de silicatos.

9 Mercúrio Parâmetros Orbitais a = AU q = AU Q = AU e = i = 7.0 P tra = d Missões: Mariner 10 (NASA) ; Messenger (NASA) ; BepiColombo (ESA, Japão)

10 Mercúrio Parâmetros Físicos D = 4879 km (0.383 D ) M = 3.30x10 23 kg (0.055 M ) ρ = 5.4 g/cm 3 P rot = d (3:2) Eixo 0.01 T máx T med T min = 700 K = 440 K = 90 K

11 Mercúrio Atmosfera P atm = 5x10-13 kpa Potássio 31.7% Sódio 24.9% Oxigénio ato 9.5% Hélio 5.9% Oxigénio mlc 5.6% Azoto 5.2% CO 2 3.6% Água 3.4% Hidrogénio 3.2%

12 Ressonância Orbital Mercúrio tem 3 dias em 2 anos. Fricção entre o núcleo e o manto levaram a tal configuração? Improvável. A evolução caótica da sua órbita levou-o a excentricidades maiores onde a probabilidade de captura na ressonância 3:2 é de 55.4% (Correia & Laskar, 2004).

13 Precessão do Periélio O periélio de Mercúrio avança 43 segundos de arco por século. Mecânica Newtoniana (Clássica) não explica tal fenómeno. Por efeitos relativistas a massa é maior no periélio (uma vez que a velocidade é maior) resultando num efeito catapulta. Importante verificação da Teoria da Relatividade.

14 Superfície Superfície bastante semelhante à da Lua. Formou-se de um impacto entre dois protoplanetas há 4.6 Ga. Cerca de 1.6x10 19 kg da matéria ejectada deve ter atingido a Terra (Horner et al., 2006). O arrefecimento do planeta levou à sua contracção em 1-2 km criando uma rede de fracturas. Fractura Cratera de Impacto Pode existir água (gelo) nos pólos!

15 A Bacia Caloris Bacia Cratera de 1300 km de diâmetro. Reactivou o vulcanismo há 3.8 Ga. A onda de choque criou um terreno rugoso e fracturado nos antípodas. Antípodas

16 Vénus Parâmetros Orbitais a = AU q = AU Q = AU e = i = 3.4 P tra = d Missões: Mariner 2, 5 (NASA) , 67; Venera 4-16 (URSS) ; Pioneer-Venus 1,2 (NASA) , Magellan (NASA) ; Venus Express (ESA)

17 Vénus Parâmetros Físicos D = km (0.945 D ) M = 4.87x10 24 kg (0.815 M ) ρ = 5.2 g/cm 3 P rot = d (retrógrado) Eixo= 2.64 T máx T med T min = 773 K = 737 K = 228 K (nas nuvens)

18 Vénus Atmosfera P atm = 9.3 MPa CO % Azoto 3.5% Argon 0.007% Água 0.002% SO %

19 Estranha Atmosfera Efeito de estufa intenso. Iniciou-se no primeiro Ga com a intensa actividade vulcânica: Água libertada fotodissocia-se; H escapa, O é absorvido pela crosta; Elevada T desgasifica rochas libertando CO 2. Chove ácido sulfúrico e... cheira a ovos podres.

20 Estranha Rotação A rotação e translacção de Vénus estão sincronizadas de tal forma que quando está na fase mais próxima da Terra mostra sempre a mesma face. Aparentemente, é apenas coincidência. Com ventos de 300 km/h no topo das nuvens a atmosfera gira mais depressa que o planeta. A sua rotação retrograda deve-se a: ou uma inversão de 180 do eixo de rotação; ou ter desenvolvido uma rotação retrógrada sem inverter o eixo (Correia & Laskar, 2001).

21 Superfície Primeiras imagens em 1975, com as sondas Venera (URSS), e primeira altimetria em 1978 com a Pioneer-Venus 1 (NASA). Último grande estudo em com a sonda Magalhães (NASA). Neste momento temos lá a Venus Express (ESA).

22 Superfície Cerca de 90% tem menos de 800 Ma Existiu um intenso recobrimento há 650 Ma. Superfície relativamente plana: apenas 2% acima dos 2000 m. Grande número de vulcões (inactivos?): D>20 km N 400 D<2 km N Não aparenta possuir actividade tectónica. Poucas crateras de impacto (N 900), não existindo crateras com D<2 km.

23 Formas Crateras de impacto. Formas vulcânicas: Coronae: estruturas concêntricas de km. Novae: estruturas radiais de km. Aracnóides: estruturas em forma de teia de km. Panquecas: cúpulas fracturadas de km. Grandes canais e escoamentos de lava.

29 Terra Parâmetros Orbitais Parâmetros Físicos Atmosfera a = AU q = AU Q = AU e = i = 0.0 D = km M = 5.97x10 24 kg ρ = 5.5 g/cm 3 P rot = 1.0 d Eixo= P atm = 100 kpa Azoto 77% Oxigénio 21% Argon 1% CO % P tra = d T máx T med T min = 331 K = 287 K = 185 K

30 Lua Parâmetros Orbitais (em torno da Terra) a T = km q T = km Q T = km e T = i e = 5.1 P tra = 27.3 d (29.5 d) Missões: Luna 3-24 (URSS) (+Lunokhod 1,2); Zond 3-8 (URSS) ; Ranger 7-9 (NASA) ; Lunar Orbiter 1-5 (NASA) ; Surveyor 1,3,5-7 (NASA) ; Apollo (NASA) ; Lunar Prospector (NASA) ; Clementine (NASA) ; Smart-1 (ESA)

31 Lua Parâmetros Físicos Atmosfera D = 3475 km (0.237 D ) M = 7.34x10 22 kg (0.012 M ) ρ = 3.3 g/cm 3 P rot = 27.3 d (síncrona) Eixo= 1.54 P atm = 3x10-13 kpa Hélio 25% Néon 25% Hidrogénio 23% Argon 20% T máx T med T min = 396 K = 250 K = 40 K Tch...! Ói! Aqui Não Doutor vale a Schmitt, pena, ninguém o último me homem liga nenhuma. na Lua.

32 Superfície Grande assimetria entre a face visível e a face oculta. Não se observam cones vulcânicos. Elevado número de crateras de impacto: Crateras simples: D<10-15 km. Crateras complexas: D>10-15 km. Bacias: D> km.

33 Cratera Complexa Superfície Grande assimetria entre a face visível e a face oculta. Não se observam cones vulcânicos. Elevado número de crateras de impacto: Cratera Simples Crateras simples: D<10-15 km. Crateras complexas: D>10-15 km. Bacias: D> km. Bacia

34 Superfície Terrae (84%): terras altas brilhantes, com 4.4 Ga, e muito craterizadas. Maria (16%): planícies escuras, com Ga, de lava solidificada. Dorsa: rugas devido arrefecimento e contracção de lava. Rima: rios de lava ou fendas de abatimentos. A sonda Clementine detectou gelo de água ( 1 km 3 ). Trouxeram-se 382 kg de amostras lunares. Rima Mare Dorsa Terrae

35 Superfície Terrae (84%): terras altas brilhantes, com 4.4 Ga, e muito craterizadas. Maria (16%): planícies escuras, com Ga, de lava solidificada. Dorsa: rugas devido arrefecimento e contracção de lava. Rima: rios de lava ou fendas de abatimentos. A sonda Clementine detectou gelo de água ( 1 km 3 ). Trouxeram-se 382 kg de amostras lunares. Rima Rima Mare Dorsa Terrae

36 Formação da Lua Há Ga, a Terra colidiu com um objecto (Theia) de cerca de metade do seu diâmetro (Canup & Asphaug, 2001). No impacto a Terra engoliu o núcleo do impactor, formando-se a Lua dos detritos em apenas a.

37 Marés A Lua provoca as marés na Terra mas a Terra roda mais depressa que a órbita da Lua Aceleração e afastamento da Lua, e desaceleração da Terra. A Lua afasta-se 38 mm/a O dia terrestre aumenta 15 μs/a.

38 Marte Parâmetros Orbitais a = AU q = AU Q = AU e = i = 1.9 P tra = d Missões: Mariner 4,6,7,9 (NASA) ; Viking 1,2 (NASA) ; Mars 3,6,7 (URSS) ; Phobos 2 (URSS) ; Mars Global Surveior (NASA) ; Mars Pathfinder (NASA) (+Sojourner); Mars Odyssey (NASA) ; Mars Express (ESA) ; Rovers Spirit e Opportunity (NASA) ; Mars Reconaissance Orbiter (NASA) ; Phoenix Mars (NASA)

39 Marte Parâmetros Físicos D = 6805 km (0.533 D ) M = 6.42x10 23 kg (0.107 M ) ρ = 3.9 g/cm 3 P rot = d Eixo= T máx T med T min = 293 K = 210 K = 133 K

40 Marte Atmosfera P atm = kpa CO % Azoto 2.7% Argon 3.6% Oxigénio 0.13% CO 0.07% Água 0.03%

41 Mais Sobre a Atmosfera A atmosfera é demasiado ténue para manter o calor. Em 2004 o Mars Express Orbiter confirmou a presença de Metano. Existem fontes de gás (e.g. vulcões, impactos de cometas ou... microorganismos)? No Inverno 25% da atmosfera condensa-se em gelo seco (CO 2 ). Quando sublima gera ventos de 400 km/h, criando enormes nuvens.

42 Mais Sobre a Atmosfera A atmosfera é demasiado ténue para manter o calor. Em 2004 o Mars Express Orbiter confirmou a presença de Metano. Existem fontes de gás (e.g. vulcões, impactos de cometas ou... microorganismos)? No Inverno 25% da atmosfera condensa-se em gelo seco (CO 2 ). Quando sublima gera ventos de 400 km/h, criando enormes nuvens.

43 Superfície Grande disparidade de formas. Montanhas: cobrem cerca de 2/3 da superfície. Planícies: cobrem cerca de 1/3 da superfície. Crateras de impacto muitas indiciam transporte de material fluido. Vales e canais.

44 Vulcões Região dos Montes Tharsis: M. Olympus: Alt=27km, D=90 km, Sup. Basal= km 2. M. Arsia, M. Pavonis, M Ascraeus. Alba Patera. Região do Elysium Planitia: Elysium Mons, Hecates Tholus, Albor Tholus.

45 Vulcões Região dos Montes Tharsis: M. Olympus: Alt=27km, D=90 km, Sup. Basal= km 2. M. Arsia, M. Pavonis, M Ascraeus. Alba Patera. Região do Elysium Planitia: Elysium Mons, Hecates Tholus, Albor Tholus.

46 Vales e Canais Grande número de vales e canais, provavelmente de origem fluvial, principalmente no hemisfério Sul. Vales Marineris: km2 Não tem origem fluvial!

47 Água Em 2004 os rovers Opportunity e Spirit detectam hematite e goethite. Estes minerais apenas se formam na presença de água. Nem todos os canais foram leitos de rios.

48 Água Em 2004 os rovers Opportunity e Spirit detectam hematite e goethite. Estes minerais apenas se formam na presença de água. Nem todos os canais foram leitos de rios.

49 Vida Em 1996, a NASA anuncia a descoberta possíveis fósseis de organismos unicelulares num meteorito de origem marciana (ALH84001). Porém, em 2005, a maioria dos especialista crê que se trata de uma contaminação terrestre.

50 Satélites de Marte Phobos: 28x22x16 km, d=9377 km. Deimos: 16x12x10 km, d=23460 km. Phobos perde 9 cm de altitude por ano. Em 40 Ma desintegrar-se-á.

51 Cenas do próximo episódio

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