Planetas e exoplanetas

Transcrição

1 Planetas e exoplanetas Rosa M. Ros União Internacional Astronómica Universidade Politécnica de Catalunha, Espanha

2 Objetivos Compreender o significado dos valores numéricos das tabelas de dados referentes aos planetas do Sistema Solar. Compreender as principais características dos sistemas planetários extra-solares.

3 Procuramos modelos que nos forneçam outras informações que não sejam apenas trabalhos manuais Sistema Solar

4 De acordo com o conteúdo Procuramos modelos com conteúdo e que mostrem alguns aspectos específicos

5 Maquete para as distâncias ao Sol Mercúrio km 6 cm 0,4 AU Vénus km 11 cm 0,7 AU Terra km 15 cm 1,0 AU Marte km 23 cm 1,5 AU Júpiter km 78 cm 5,2 AU Saturno km 143 cm 9,6 AU Úrano km 288 cm 19,2 AU Neptuno km 450 cm 30,1 AU

6 Maquete para os diâmetros Sol km 139,0 cm Mercúrio km 0,5 cm Vénus km 1,2 cm Terra km 1,3 cm Marte km 0,7 cm Júpiter km 14,3 cm Saturno km 12,0 cm Úrano km 5,0 cm Neptuno km 4,5 cm

7 Maquete para os diâmetros T-shirt com os diâmetros, à escala, dos planetas.

8 Diâmetros e distâncias ao Sol Sol km 25,0 cm Mercúrio km km 0,1cm 10 m Vénus km km 0,2 cm 19 m Terra km km 0,2 cm 27 m Marte km km 0,1 cm 41 m Júpiter km km 2,5 cm 140 m Saturno km km 2,0 cm 250 m Úrano km km 1,0 cm 500 m Neptuno km km 1,0 cm 800 m Normalmente, nas escolas não existe espaço suficiente para fazer a construção para além de Marte

9 Modelo para diâmetros e distâncias no quintal...

10 Modelo na Cidade (Barcelona) Sol Máquina de lavar louça Puerta Instituto Mercúrio ovo de caviar Puerta Hotel Diplomatic Vénus ervilha Pasaje Méndez Vigo Terra ervilha Entre Méndez Vigo y Bruc Marte grão de pimenta Paseo de Gracia Júpiter laranja Calle Balmes Saturno tangerina Pasaje Valeri Serra Úrano noz Calle Entenza Neptuno noz Estación de Sants

11 Modelo na cidade de Metz (França)

12 Modelo para os tempos c = km/s O tempo que a luz demora da Lua à Terra é: t = distância TL/c = km/ = 1,3 seg. Como é que seria uma conversa, entre os planetas, por "videoconferência"?

13 A luz solar demora a chegar... Mercúrio km 3,3 minutos Vénus km 6,0 minutos Terra km 8,3 minutos Marte km 12,7 minutos Júpiter km 43,2 minutos Saturno km 1,32 horas Úrano km 2,66 horas Neptuno km 4,16 horas

14 O Sol visto a partir dos planetas Terra a = tan a = radio Sol/ distância do Sol= = / = 0,0045 radianos = 0,255º A partir da Terra, o Sol mede 2a = 0,51º

15 O Sol visto a partir dos planetas de Vénus da Terra de Marte de Mercúrio de Júpiter de Saturno de Úrano de Neptuno

16 Densidades Mercúrio 5,41 g/cm 3 Pirita (5,2) Vénus 5,25 g/cm 3 Pirita (5,2) Terra 5,52 g/cm 3 Pirita (5,2) Marte 3,90 g/cm 3 Blenda (4,0) Júpiter 1,33 g/cm 3 Enxofre (1,1-2,2) Saturno 0,71 g/cm 3 Pinho (0,55) Úrano 1,30 g/cm 3 Enxofre (1,1-2,2) Neptuno 1,70 g/cm 3 Argila (1,8-2,5) 06/12/03 16

17 Modelo para o achatamento Corte tiras de cartolina de dimensões 35 x 1 cm. Fixe-as apenas na parte superior de uma vara de 50 cm de comprimento e 1 cm de diâmetro, enquanto que na parte inferior devem ser colocadas de forma a permitir o seu deslocamento ao longo da mesma. Gire a vara, situando-a entre as duas mãos e fazendo um rápido movimento de rotação num sentido e noutro. A força centrífuga que deforma as bandas de cartolina atua também nos planetas, deformando-os.

18 Planetas raio equatorial Mercúrio 0,0 Achatamento (raio equatorial-raio polar)/ Vénus 0,0 Terra 0,0034 Marte 0,005 Júpiter 0,064 Saturno 0,108 Úrano 0,03 Neptuno 0,03

19 Modelo para a velocidade de rotação 3 a lei de Kepler P 2 /a 3 = K permite deduzir que a velocidade de rotação diminui com o aumento da distância. Peguemos num cordel em que na outra extremidade se prendeu uma anilha e façamo-lo girar sobre a nossa cabeça Libertando-se um pouco o cordel, a velocidade do objeto diminuirá Removendo-se um pouco o cordel, a velocidade aumentará (Conservação da quantidade do momento).

20 Modelo para gravidades de superfície Gravidade à superfície, F = GMm /d 2, com m=1 e d=r. Então g = GM / R 2, onde M = 4 p R r / 3 Substituindo, g = 4 p G R r / 3

21 Gravidade à superfície Planeta Raio Equatorial Densidade Gravidade calculada Gravidade superficie real Mercúrio 2439 km 5,4 g/cm 3 0,378 3,70 m/s 2 0,37 Vénus 6052 km 5,3 g/cm 3 0,894 8,87 m/s 2 0,86 Terra 6378 km 5,5 g/cm 3 1,000 9,80 m/s 2 1,00 Marte 3397 km 3,9 g/cm 3 0,379 3,71 m/s 2 0,38 Júpiter km 1,3 g/cm 3 2,540 23,12 m/s 2 2,36 Saturno km 0,7 g/cm 3 1,070 8,96 m/s 2 0,91 Úrano km 1,2 g/cm 3 0,800 8,69 m/s 2 0,88 Neptuno km 1,7 g/cm 3 1,200 11,00 m/s 2 1,12 Lua 1,62 m/s 2 0,16

22 Modelo para "crateras de impacto" Cobrir o chão com jornais para não o sujar e depois poder recolher a farinha. Coloque, com uma peneira ou coador, uma camada de 1 ou 2 cm de farinha de modo que a superfície fique lisa. Coloque, com uma peneira ou coador, uma camada de alguns milímetros de cacau em pó sobre a farinha. De uma altura de cerca de 2 m, deixe cair uma colher de sopa de cacau em pó que, ao cair, deixará marcas semelhantes às crateras de impacto. A farinha usada pode ser reciclada para uma nova simulação.

23 Velocidade de escape Espaço e = ½ a t 2 + v o t Velocidade v = a t + v o Na superfície v 0 =0, a=g e e =R, então R = ½ g t 2 e v = g t. Eliminando t, resulta a velocidade de escape v = (2gR) 1/2

24 Velocidades de escape Planeta Raio Equatorial Gravidade superficial Velocidade de escape Mercúrio km 0,378 4,3 km/s Vénus km 0,894 10,3 km/s Terra km 1,000 11,2 km/s Marte km 0,379 5,0 km/s Júpiter km 2,540 59,5 km/s Saturno km 1,070 35,6 km/s Úrano km 0,800 21,2 km/s Neptuno km 1,200 23,6 km/s

25 Cartolina Lançamento de foguetes Embalagem de rolo de fotografia ¼ comprimido efervescente

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27 Sistemas planetários extrassolares

28 1995 Michael Mayor e Didier Queloz anunciaram a deteção de um exoplaneta orbitando 51 Pegasi. 1a foto 2M1207b observado diretamente (ESO)

29 Métodos utilizados para detetar exoplanetas São usados vários métodos, por exemplo, Velocidade radial ou efeito de Doppler Método do trânsito Microlente gravitacional Outros DESLOCAMENTO de DOPPLER

30 Modelo para sistemas de exoplanetas São mais de 850 os sistemas de exoplanetas descobertos e confirmados (e cerca de 3000 exoplanetas a candidatos) (janeiro de 2014). As massas dos exoplanetas são muitas vezes comparadas com a massa de Júpiter (1,9 x kg). Apenas alguns exoplaneas são de tamanho semelhante ao da Terra. O motivo deve-se às limitações tecnológicas.

31 Nomeação dos exoplanetas Coloca-se uma letra minúscula após o nome da estrela principal, começando por "b" para o primeiro planeta encontrado no sistema (por exemplo, 51 Pegasi b). O planeta seguinte é nomeado seguindo a ordem alfabética c, d, e, f, etc. (51 Pegasi c, 51 Pegasi d, 51 Pegasi, 51 Pegasi f, ).

32 Modelo para sistemas exoplanetários Para visualizá-los, construa-se modelos à escala que nos permitirá compará-los entre si e com o Sistema Solar. Nome do planeta Distância media (u.a) Período orbital(dias) Massa Mín. (Mj ou Mt) Descoberta (ano) Diâmetro aprox. (km) Ups And b 0,059 4,617 0,69 Mj Ups And c 0,83 241,5 1,98 Mj Ups And d 2, ,6 3,95 Mj GL 581 e 0,030 1,9 Mt Gl 581 b 0,041 5,368 15,65 Mt Gl 581 c 0,073 12,932 5,36 Mt Gl 581 g 0,146 3,1 Mt Gl 581 d 0,250 83,600 7,1 Mt GL 581 f ,0 Mt

33 Cálculo de diâmetros de exoplanetas É comummente assumido que a densidade do exoplaneta é igual à densidade de Júpiter ou Terra. Sabendo que a densidade é dada por r = m/v, sendo m, a massa conhecida, e V, o volume da esfera, fornecido por V = 4 p R 3 /3, então o raio R é calculado por 3 R = 3 m/(4 p r)

34 Cálculo da massa da estrela central Terceira Lei de Kepler a 3 2 / P = const com unidades selecionadas onde MS = 0, a 3 / P 2 Planeta Fomalhaut b (detalhe) em nuvens de poeira interplanetária a é o raio da órbita do satélite (em km). P é o período de rotação do satélite (em dias) e MS é a massa da estrela central (em massas solares) Por exemplo, pode-se calcular a massa da estrela central Ups And e Gl 581 em massas solares (o resultado deve ser 1,3 e 0,3 massas solares).

35 Modelo, à escala, de um sistema exoplanetário A escala apropriada é: distância 1 u.a. = 1 m km de diâmetro = 0,5 cm. Neste caso, todos os exoplanetas podem ser colocados numa sala de aula e os primeiros cinco planetas do nosso sistema solar (incluindo Júpiter) podem ser exibidos. Se a atividade é realizada (por exemplo, no pátio da escola) poder-se-á construir o modelo completo.

36 Sistema Solar Podemos construir (sistema solar) Distância (u.a.) Diâmetro (km) Modelo: distância Modelo: diâmetro Mercúrio 0, cm 0,2 cm Vénus 0, cm 0,6 cm Terra m 0,6 cm Marte 1, ,5 m 0,3 cm Júpiter 5, m 7 cm Saturno 9, m 6 cm Úrano 19, m 2,5 cm Neptuno 30, m 2,5 cm Distância 1 u.a. = 1 m Diâmetro km = 0,5 cm

37 Podemos construir (primeiro sistema exoplanetário detetado) Upsilon Andromedae Distância (u.a.) Diâmetro (km) Modelo: distância Modelo: diâmetro Ups And b 0, cm 6 cm Ups And c 0, cm 9 cm Ups And d 2, ,5 m 11 cm Distância 1 u.a. = 1 m Diâmetro km = 0,5 cm

38 Podemos construir (sistema com planetas tipo "terrestres") Gliese 581 Distância (u.a.) Diâmetro (km) Modelo: distância Modelo: diâmetro Gl.581 e 0, cm 0,8 cm Gl.581 b 0, cm 1,5 cm Gl.581 c 0, cm 1 cm Gl.581 g 0, cm 0,9 cm Gl.581 d 0, cm 12,5 cm Gl.581 f 0, cm 12,5 cm Distância 1 u.a. = 1 m Diâmetro km = 0,5 cm

39 Comentários: Muitos exoplanetas orbitam mais próximo da sua estrela principal do que Mercúrio está do Sol, portanto são muito quentes. Muitos dos grandes planetas estão próximos das suas estrelas porque o método de velocidade radial é mais sensível para planetas com períodos orbitais curtos, pelo que faz sentido pensar que a maioria dos planetas pode possuir órbitas maiores.

40 Potencial habitabilidade dos exoplanetas Na zona habitável do sistema solar há apenas dois planetas: Vénus e a Terra (mas Vénus é muito quente por causa do efeito estufa). (u.a.)

41 Potencial habitabilidade dos exoplanetas Gliese 581 c, poderia conter água líquida e a possibilidade de vida. No entanto, alguns estudos indicam que, provavelmente, sofre de efeito de estufa semelhante ao de Vénus. Gliese 581 g, é o primeiro exoplaneta na zona habitável com gravidade suficiente para manter uma atmosfera e a temperatura necessárias para albergar água líquida. Gliese 581 d, exoplaneta rochoso na zona habitável de sua estrela-mãe, candidato a acolher vida extraterrestre.

42 Conclusões Conhecimento mais preciso" dos planetas. Estabelecimento de relações "parâmetros" que permitem uma melhor compreensão de dimensões. O sistema solar "está vazio". Introdução aos exoplanetas.

43 Muito obrigado pela sua atenção!