O Sistema Solar - EACh

O Sistema Solar:
seus componentes e características
Roberto Ortiz ­ EACH/USP
Componentes do Sistema Solar:
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Sol: uma estrela.
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Planetas (e seus satélites):
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Telúricos (Mercúrio, Vênus, Terra e Marte)
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Gasosos (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno)
Planetas anões (e seus satélites):
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Na região entre Marte e Júpiter (Ceres, Pallas, etc.)
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Na região além de Netuno (Eris, Plutão, Sedna, etc.)
Corpos menores:
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Cometas (Halley, Encke, West, etc.)
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Demais corpos não­esféricos (Juno, Ida, Vesta, etc.)
O Sol
Objeto central do Sistema Solar, seu diâmetro equivale a 109 diâmetros terrestres.
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Ele é composto majoritariamente por hidrogênio (73%) e hélio (25%). Todos os demais elementos químicos somados perfazem 2% (em massa)
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O Sol gira em torno de seu eixo em cerca de 25 dias.
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Suas características equivalem às de uma “estrela média”. A atmosfera solar
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A fotosfera é a camada mais evidente na região visível do espectro.
Sua cor é amarelada, o que indica que sua temperatura é de cerca de 5800 K (ou 5500oC).
Vista ao telescópio, apresenta um aspecto granulado, devido à convecção.
Na fotosfera observa­se também o escurecimento centro­limbo.
A cromosfera
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A cromosfera é uma camada imediatamente superior à cromosfera.
Sua cor espessura é de cerca de 1,5 mil km. Sua densidade equivale a apenas 10–4 da densidade da fotosfera.
Sua temperatura varia entre 3800 e 35 mil K.
As protuberâncias são um fenômeno tipicamente cromosférico.
A cromosfera é visível durante os eclipses
solares como um círculo muito vermelho
em torno do disco solar.
Além da cromosfera...
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Acima da cromosfera situa­se a “zona de transição”.
Acredita­se que o campo magnético seja o responsável pela aceleração dos elétrons e portanto do aquecimento da atmosfera solar além da zona de transição.
A coroa solar
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Também chamada de corona é a camada mais externa do Sol.
Sua temperatura varia entre 1 e 4 milhões de Kelvin, mas sua densidade equivale a apenas 10–12 x a densidade da fotosfera.
Durante alguns períodos, a corona pode se estender até a vários raios solares.
Alguns fenômenos solares:
Manchas solares:
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Ocorrem na fotosfera. São regiões de temperatura mais baixa (T=4500 K) do que a vizinhança (T=5800 K). Por isso as manchas brilham menos e aparecem escuras vistas contra um fundo brilhante.
Protuberâncias solares:
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Ocorre na cromosfera. Gás ionizado (H, He e elétrons) é lançado a grandes distâncias. A configuração do campo magnético determina o aspecto das protuberâncias.
Ciclo Solar:
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A atividade solar (ocorrência de manchas, ejeções de matéria, protuberâncias, etc.) aumenta em intervalos cíclicos de 11 anos. A cada ciclo os pólos magnéticos solares se invertem.
Manchas Solares
Corona e protuberâncias solares
Protuberância
Planetas Telúricos
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Mercúrio, Vênus, Terra e Marte.
Situados a uma distância de até 2 U.A. do Sol, caracterizam­se por possuirem uma superfície sólida, rochosa, semelhante à da Terra.
Durante a época da formação do Sistema Solar, a matéria volátil desses planetas foi perdida por sublimação. Restaram átomos mais pesados, principalmente metálicos (Fe, Al), silicatos, etc.
Devido à enorme perda inicial de massa composta por átomos leves ­ principalmente H e He ­ suas massas não excedem à massa terrestre, tampouco seus diâmetros.
Alguns dados sobre os planetas telúricos:
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A Terra é o maior planeta telúrico do Sistema Solar
A pequena massa implica em força gravitacional fraca. Como resultado, eles geralmente possuem poucos ou nenhum satélite.
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Os 4 planetas telúricos possuem uma estrutura geológica parecida: núcleo, manto e crosta.
O núcleo constitui apenas cerca de 15% do volume desses planetas e é constituido de Fe e Ni.
O manto ocupa mais de 80% do volume do planeta e é composto principalmente por diversos tipos de silicatos e óxidos de Mg.
Composição atmosférica dos
planetas telúricos:
Mercúrio:
não tem atmosfera
Vênus:
97% CO2, 3% N2, traços de SO2 e Ar.
Terra:
78% N2, 21% O2, 0.9% Ar.
Marte:
95% CO2, 3% N2, 0.3% de CO, 0.1% O2.
Temperatura na superfície dos
planetas telúricos:
Mercúrio:
T = 170oC
Vênus:
T = 460oC
Terra:
T = 15 – 20oC
(Lua: T = ­150 ­ +110oC)
Marte:
oC
T = ­90 ­ ­5
Mercúrio
A estrutura do planeta Mercúrio é semelhante à dos demais planetas telúricos.
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Estima­se que seu núcleo tenha 1800 km de raio (comparativamente maior que o terrestre); seu manto 600 km de espessura e sua crosta de 100 a 300 km.
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Enquanto seu núcleo é extremamente rico em Fe, sua crosta é bastante semelhante à da Lua, com crateramento severo e predominância de rochas basálticas.
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A ausência de atmosfera (baixa gravidade aliada à alta temperatura do planeta) favoreceu grandemente o crateramento.
Impactos de corpos menores do sistema solar no passado, quando eram mais frequentes, salpicaram sua superfície de crateras de impacto.
Vênus
Nuvens
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Popularmente denominado “estrela d'Alva”, Vênus é sempre avistado a uma elongação máxima de 47o do Sol.
Visto ao telescópio, não se distingue detalhe algum, pois sua superfície está sempre coberta de nuvens de SO2 (embora o constituinte principal de sua atmosfera seja o CO2).
Missões não­tripuladas
Diversas missões não­tripuladas foram enviadas a Vênus: Venera (Russia, 1961­1982), Mariner (EUA, 1962­1969), Pionner (EUA, 1978), etc.
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A altíssima pressão atmosférica (90 atm no nível do solo) implodiu quase todas as sondas espaciais antes que elas tocassem o solo.
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Mariner 2 (1962)
Em 1975 as primeiras imagens tomadas da superfície de Vênus foram enviadas por duas sondas: Venera 9 e 10.
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A temperatura medida foi de cerca de 500oC, muito mais alta do que a de Mercúrio, devido ao efeito estufa.
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Venera 10 (lander)
A superfície de Vênus
Acima: imagem do solo venesiano (sonda Venera 13).
Solo:
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As amostras coletadas pelas sondas espaciais mostraram que a superfície de Vênus é constituida principalmente de rochas basálticas, semelhante às encontradas na Terra.
Imagem: sonda Venera 14
Marte
Solo
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A análise de amostras do solo feita pelas sondas espaciais Viking, Spirit, Oportunity e Phoenix revelou que a superfície marciana é composta principalmente por basalto (tipo de rocha vulcânica).
A cor avermelhada é causada pela presença de poeira de óxido de Ferro. Intemperismo
Existem diversos sítios marcianos que visivelmente sofreram processo erosivo.
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As imagens obtidas pelas sondas espaciais mostram que o vento e a água (no passado) contribuiram fortemente para o intemperismo.
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Hoje Marte deve abrigar água somente em seu subsolo.
Calotas polares
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O eixo de rotação de Marte é inclinado 25o com relação à vertical do plano de sua órbita.
A grande quantidade de CO2 na atmosfera favorece a formação de gelo nas regiões polares, fenômeno análogo ao terrestre.
Planetas Gasosos
Planetas Gasosos
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Júpiter, Saturno, Urano e Netuno.
Situados a uma distância além de 4 U.A. do Sol, caracterizam­se por possuirem uma superfície gasosa, composta primariamente por H e He. A existência de campo magnético indica a existência de um núcleo sólido de Fe.
Durante a época da formação do Sistema Solar, os gases leves (H e He) foram preservados devido à baixa temperatura e alta velocidade de escape.
Devido a sua enorme massa a pressão sobre o núcleo sólido é altíssima, mas este perfaz apenas uma pequena parte do volume do planeta. ●
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Devido à grande distância do Sol, os 4 planetas gasosos possuem anéis, semelhantes aos de Saturno.
Devido à sua grande massa, eles mantém um grande número de satélites aprisionados em seu campo gravitacional.
Alguns dados sobre os planetas gasosos:
Composição atmosférica dos
planetas gasosos:
Júpiter:
90% H, 10% He, 0.3% CH4, 0.03% NH3
Saturno:
96% H, 3% He, 0.4% CH4, 0.01% NH3 .
Urano:
83% H, 15% He, 2.3% CH4, .
Netuno:
80% H, 19% He, 1.5% CH4.
Temperatura na superfície dos
planetas gasosos:
Júpiter:
T = ­ 160oC
Saturno:
T = ­ 190oC
Urano:
T = ­ 220oC
Netuno:
T = ­ 220oC
Júpiter
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Diversas sondas espaciais visitaram passaram próximas a Júpiter: Pionner (1973, 1974), Voyager (1979), Cassini (2000), etc.
Elas realizaram medidas do campo magnético e tomaram imagens de Júpiter, seus satélites e anéis.
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Os 4 maiores satélites de Júpiter podem ser vistos da Terra através de um pequeno telescópio. Foram descobertos por Galileu Galilei em 1609.
Os anéis de Júpiter são compostos por fragmentos de rocha e gelo e não são facilmente observáveis da Terra.
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Em Io há um vulcão ativo, cuja erupção foi observada por várias sondas. Durante as erupções há derramamento de lava na superfície do satélite.
Io possui atmosfera muitíssimo rarefeita composta por SO2.
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Partículas oriundas do Sol (prótons e elétrons) viajam pelo Sistema Solar.
Ao se aproximarem de planetas com campo magnético, são direcionadas em direção aos pólos magnéticos desses.
A colisão dessas partículas com os átomos da atmosfera produzem um efeito luminoso: as auroras.
Na imagem abaixo, aurora borealis em Júpiter.
Saturno
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Sua característica mais marcante são seus anéis.
Os anéis de Saturno são pedaços de rocha e gelo com dimensões entre fração do milímetro até vários metros.
Visão interna dos anéis (concepção artística)
Titã é o maior satélite de Saturno, maior que o planeta Mercúrio.
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É visível da Terra através de um pequeno telescópio.
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Sua superfície é relativamente plana, com poucas crateras de impacto.
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A sonda Cassini obteve imagens de um lago de metano próximo ao pólo.
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Titã (cor natural)
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A atmosfera de Titã é composta por 98% de N2 , 1.6% CH4 e traços de hidrocarbonetos.
Além da Terra é a única atmosfera composta majoritariamente por N2 no Sistema Solar.
Urano
Urano possui anéis, descobertos a partir de observações feitas na Terra, em 1977.
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Assim como os anéis de Saturno, os anéis de Urano são feitos de rocha e gelo de diversos tamanhos.
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Em sua superfície podem ser avistadas nuvens de metano e outros hidrocarbonetos, assim como em Júpiter e Saturno.
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Urano possui mais de 27 satélites.
Eles são compostos por 50% de rocha e 50% de gelo, possivelmente de NH3 e CO2.
Netuno
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Muito semelhante a Urano, Netuno tem cor azulada graças à presença de CH4.
Também possui anéis e mais de 13 satélites.
Sua estrutura interna deve incluir um pequeno núcleo metálico e um extenso manto de gelo.
Acima: a estrutura do planeta Netuno,
muito semelhante à de Urano.
Para saber mais:
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Astronomia & Astrofísica, S.O. Kepler & Maria de Fátima Saraiva, Cap. 14.