Os calhaus e os icebergs do nosso Sistema Solar

Os calhaus e os icebergs
do nosso Sistema Solar
Nuno Peixinho
Centro de Física Computacional da Universidade de Coimbra
Observatório Astronómico da Universidade de Coimbra
Departamento de Matemática
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Universidade de Coimbra
Monday, 26 July 2010
Antelóquio
Monday, 26 July 2010
Dinâmica
O Sistema Solar tem uma estrutura bastante
regular:
• Os planetas orbitam no sentido directo (antihorário);
• 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!)
Monday, 26 July 2010
“Grandes Domínios”
• Domínio das rochas
• Domínio das gases
• Domínio dos gelos
Monday, 26 July 2010
Asteróides
Monday, 26 July 2010
Cintura de Asteróides
Famílias de Asteróides
• Asteróides principais: Ceres (D=933 km),
Pallas (D=525 km),Vesta (D=510 km) ... e
Portugal.
• Principais famílias dinâmicas: Flora,
Hungaria, Phocaeda, Eos, Koronis, Themis,
Cybeles e Hildas.
• Os NEA (Near-Earth Asteroids) possuem
periélios entre as 0.983 e 1.017 AU,
portanto, passam muito próximo da Terra:
Atens, Apollos, Amors.
• Taxonomia (classes espectrais):
• Tipo C: carbonáceos (75%)
• Tipo S: rochosos (17%)
• Tipo M: metálicos
Monday, 26 July 2010
As Ressonâncias Orbitais
• Dois corpos estão em ressonância orbital quando a razão entre os seus períodos
de translacção é igual à razão entre dois números inteiros.
Pode ser estável:
Ou instável:
Monday, 26 July 2010
As Ressonâncias Orbitais
• Dois corpos estão em ressonância orbital quando a razão entre os seus períodos
de translacção é igual à razão entre dois números inteiros.
orbital period / yr
number of asteroids per 0.01 AU
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5
6
7 8 9 10 12
50
7:3
3 :1
5:2
2:1
25
0
1.9
2.1
2.3
2.5
2.7 2.9 3.1 3.3
4.0
5.0
semimajor axis / AU
© The Open University
Monday, 26 July 2010
As Ressonâncias Orbitais
• Dois corpos estão em ressonância orbital quando a razão entre os seus períodos
de translacção é igual à razão entre dois números inteiros.
Caos!
Monday, 26 July 2010
Asteróides com luas
• Em 1993, a sonda Galileo observou a lua Dactyl (1.4 km), em torno de Ida (D=31.3 km) a
uma distância de 108 km, com um período orbital de 1.54 d.
• Presentemente conhecem-se 60 asteróides com um satélite natural.
Monday, 26 July 2010
Cometas
Monday, 26 July 2010
Cometas
• Bolas de gelos e poeiras (Whipple 1950).
• Classificam-se normalmente em:
• de curto período (P<200 a)
• de longo período (P>200 a)
• Originários da Cintura de Kuiper e da
Nuvem de Oort (confins do Sistema Solar).
Monday, 26 July 2010
Caudas
• Ao aproximarem-se do Sol os gelos
sublimam, libertando também as poeiras
que aprisionam, criando:
• uma “coma” densa
• uma cauda de poeiras (branca)
• uma cauda de gases ionizados (azulada)
• uma nuvem de hidrogénio.
• As caudas “apontam” no sentido contrário
ao do Sol.
• A cauda de poeiras é arqueada, sendo a de
iões direita.
Monday, 26 July 2010
Caudas
• Ao aproximarem-se do Sol os gelos
sublimam, libertando também as poeiras
que aprisionam, criando:
• uma “coma” densa
• uma cauda de poeiras (branca)
• uma cauda de gases ionizados (azulada)
• uma nuvem de hidrogénio.
• As caudas “apontam” no sentido contrário
ao do Sol.
• A cauda de poeiras é arqueada, sendo a de
iões direita.
Monday, 26 July 2010
“Rebentando com um cometa”
• Em 2005 a sonda Deep Impact lançou um projéctil contra o cometa Tempel 1.
• O ejecta criado pelo impacto leva a concluir que os cometas são mais “bolas de poeira cheias
de gelos” do que “bolas de gelos com poeiras”.
Monday, 26 July 2010
“Rebentando com um cometa”
• Em 2005 a sonda Deep Impact lançou um projéctil contra o cometa Tempel 1.
• O ejecta criado pelo impacto leva a concluir que os cometas são mais “bolas de poeira cheias
de gelos” do que “bolas de gelos com poeiras”.
Monday, 26 July 2010
Fragmentação de cometas e colisões
• Em 1994 o Shoemaker-Levy 9 foi observado a fragmentar-se e cair sobre Júpiter.
Monday, 26 July 2010
Fragmentação de cometas e colisões
• Em 2006 observa-se a fragmentação do Schwassman-Wachmann 3.
Monday, 26 July 2010
Os cometas “hélio-roçagantes”
• Em 1998, ao estudar o Sol, a sonda Soho detecta dois cometas “roçando-o”, tendo detectado
mais de 1000 até hoje.
Monday, 26 July 2010
Cometas entre os Asteróides
• Em 2006, Hsieh & Jewitt, descobrem 3
cometas entre os asteroides.
• Estes cometas (MBC: Main Belt Comets)
aparentam ser “nativos” e não de origem
migratória, alterando a visão que se tem da
Cintura de Asteróides.
• Os MBC podem ser uma fonte da água na
Terra.
Monday, 26 July 2010
Meteoróides e chuvas de estrelas
• Os cometas libertam poeiras durante as suas passagens. Essas poeiras quando entram na
atmosfera da Terra criam as chuvas de estrelas.
Monday, 26 July 2010
Meteoróides e chuvas de estrelas
• Os cometas libertam poeiras durante as suas passagens. Essas poeiras quando entram na
atmosfera da Terra criam as chuvas de estrelas.
Monday, 26 July 2010
Porque não nos afectam os pequenos objectos?
• A atmosfera protege-nos, queimando-os, “parando-os” ou fragmentando-os.
• Qual o tamanho do maior objecto que a atmosfera consegue parar?
Quando a massa da coluna de ar da atmosfera é igual à massa do objecto:
π a2 ρo H≈4∕3 π a3 ρ
a≈ρo H∕ρ
Se para a Terra:
H =10 km (espessura da atmosfera)
ρo =1kg/m3 (ar)
ρ =3000 kg/m3 (rocha)
Temos:
Monday, 26 July 2010
a≈3 m
Que acontece se o objecto for maior?
•
Felizmente a pressão do ar sobre o objecto é tão forte que o pode fragmentar:
•
tipicamente, apenas objectos maiores que 30-50 m conseguirão atingir o solo.
Mas... e se for ainda maior?
•
Monday, 26 July 2010
Bom... esperemos que caia nos Estados Unidos, como todos os filmes indicam.
Afinal qual é o perigo?
•
•
•
•
Objectos de 5-10 m de diâmetro: uma vez por ano.
Objectos de 50 m: uma vez cada 1000 anos.
Objectos de 1 km: uma vez cada meio milhão de anos.
Objectos de 5 km: uma vez cada 10 milhões de anos.
Monday, 26 July 2010
Grandes Eventos I
•
Há 65 milhões de anos um objecto de cerca de 10 km caiu na Terra e levou à
extinção do Cretácico. Esse objecto pode ter sido um fragmento do asteróide
Baptistina. Em princípio criou a cratera Chicxulub no Yucatan, México.
“Não há dúvidas... um asteróide matou os dinossauros!”
Monday, 26 July 2010
Grandes Eventos II
•
Em 1908, um objecto de tamanho desconhecido explodiu 8 km antes de bater no
solo em Tunguska, Rússia, devastando uma área de mais de 2000 km2.
Monday, 26 July 2010
Um Pequeno Evento
•
A 7 de Outubro de 2008, o Near Earth Object (NEO) 2008TC3, de cerca de 5 m,
caiu no Sudão, como previsto.
•
•
O impacto na atmosfera foi detectado.
Recuperaram-se mais de 600 fragmentos.
Monday, 26 July 2010
Que fazer?
Monday, 26 July 2010
Problema 1
• Um objecto com 50 m de diâmetro é difícil de observar excepto quando já está muito perto.
Monday, 26 July 2010
Problema 1I
• Para podermos fazer alguma coisa o pré-aviso tem de ser grande.
Monday, 26 July 2010
Outros “Bichos”
Monday, 26 July 2010
Gregos e Troianos
• Pontos de Lagrange - no problema de três
corpos existem 5 pontos nos quais uma
pequena massa não sentirá nenhuma força:
L1, L2 e L3 estão na linha das duas massas m1
e m2 (pontos instáveis);
L4 e L5 estão 60° à frente e atrás da massa
m2, respectivamente (pontos estáveis).
•
•
• Júpiter tem mais de 2000 Troianos.
• Neptuno tem 6 Troianos.
• Marte tem 5 candidatos.
• Existem Troianos no sistema Saturno-Tethys e
Saturno-Dione.
Monday, 26 July 2010
Centauros
• Em 1977, Kowall, descobre o primeiro Centauro: 1977UB (2060 Chiron)
• Chiron era já visível em chapas fotográficas que remontam a 1895!
Monday, 26 July 2010
Centauros
E nunca cheguei
a acabar o
doutoramento.
• Em 1977, Kowall, descobre o primeiro Centauro: 1977UB (2060 Chiron)
• Chiron era já visível em chapas fotográficas que remontam a 1895!
Monday, 26 July 2010
Centauros: cometas ou asteróides?
• Os Centauros possuem órbitas caóticas entre
Júpiter e Neptuno.
• São a fase de transição entre a Cintura de
Kuiper e os Cometas de Curto Período.
• Presentemente conhecem-se cerca de 80.
• Em 1989, Meech et al. descobrem uma “coma”
em Chiron, i.e. um comportamento de cometa.
Monday, 26 July 2010
Planeta-X
Monday, 26 July 2010
Plutão
• Aparentemente era necessário um outro planeta, para
além de Neptuno, para explicar algumas perturbações
orbitais na órbita de Úrano.
• No início do séc. XX, Persival Lowell procurou, sem
sucesso, o “Planeta-X”.
• Em 1930, Clyde Tombaugh descobre Plutão, mas
muito afastado da região prevista e muito pequeno
para explicar as perturbações, continuando a busca
por mais 13 anos.
• Em 1993, Standish, demonstra que afinal as alegadas
perturbações eram apenas erros.
Plutão foi descoberto por insistência e sorte!
Monday, 26 July 2010
Plutão
• Aparentemente era necessário um outro planeta, para
além de Neptuno, para explicar algumas perturbações
orbitais na órbita de Úrano.
• No início do séc. XX, Persival Lowell procurou, sem
sucesso, o “Planeta-X”.
• Em 1930, Clyde Tombaugh descobre Plutão, mas
muito afastado da região prevista e muito pequeno
para explicar as perturbações, continuando a busca
por mais 13 anos.
• Em 1993, Standish, demonstra que afinal as alegadas
perturbações eram apenas erros.
Plutão foi descoberto por insistência e sorte!
Monday, 26 July 2010
Odeio
teóricos!
Plutão
• À semelhança de Úrano também roda “deitado”.
• Tem uma ténue atmosfera de Azoto e Metano que “congela” quando está próximo do afélio.
Monday, 26 July 2010
As novas luas de Plutão
• Em 2005, Canup demonstra que o
sistema Plutão-Caronte se formou
com uma colisão.
• Em 2005, Weaver et al. detectam
duas novas luas em Plutão
(D∼50-150 km):
Nix (dPL=6500 km)
Hydra (dPL=49000 km)
•
•
• Em 2006, Stern et al., demonstra
que as novas luas também se
formaram desta colisão.
Monday, 26 July 2010
As novas luas de Plutão
• Em 2005, Canup demonstra que o
sistema Plutão-Caronte se formou
com uma colisão.
• Em 2005, Weaver et al. detectam
duas novas luas em Plutão
(D∼50-150 km):
Nix (dPL=6500 km)
Hydra (dPL=49000 km)
•
•
• Em 2006, Stern et al., demonstra
que as novas luas também se
formaram desta colisão.
Monday, 26 July 2010
Cintura de Kuiper
Monday, 26 July 2010
Os Trans-Neptunianos
• Leonard (1930), Edgeworth (1943, 1949) e Kuiper (1951) especulam sobre a existência
de pequenos corpos para além de Neptuno ou Plutão.
• Após várias tentativas por diferentes grupos nos anos 80, eis que em 1992 Luu e Jewitt
descobrem o primeiro TNO: 1992QB1.
Monday, 26 July 2010
Os Trans-Neptunianos
• Leonard (1930), Edgeworth (1943, 1949) e Kuiper (1951) especulam sobre a existência
de pequenos corpos para além de Neptuno ou Plutão.
•
Eu é que sou o
chefe e quero Death
Metal.
Após várias tentativas por diferentes grupos nos anos 80, eis que em 1992 Luu e Jewitt
descobrem o primeiro TNO: 1992QB1.
Quero
ouvir Música
Clássica.
Monday, 26 July 2010
Os Trans-Neptunianos
Monday, 26 July 2010
Os Trans-Neptunianos
Observações:
TNOs ≈ 1300
Binarios/Múltiplos ≈ 30
Estimativas:
MTOTAL ∼ 0.1 M⊕
N(D>1 km) ∼ 1010
N(D>100 km) ∼ 105
N(D>1000 km) ∼ 10
Monday, 26 July 2010
Composição e Morfologia
Os mais pequenos deverão ser semelhantes aos cometas, i.e:
“bolas” de gelos e poeiras,
com formas pouco esféricas e crateras de impacto.
Monday, 26 July 2010
Composição e Morfologia
•
Os maiores deverão ser semelhantes a Tritão, i.e:
•
composição semelhante aos cometas mas com
formas mais esféricas, ténues atmosferas e...
criovulcanisno!
Tritão
Monday, 26 July 2010
Estrutura Dinâmica
•
Os TNOs subdividem-se em famílias dinâmicas: Clássicos, Plutinos e Objectos do Disco
Disperso (SDOs).
© The Open University
0.95
0.9
0.8
0.6
0.4
0.0
Úrano
Monday, 26 July 2010
Neptuno
Estrutura Dinâmica
•
Os TNOs subdividem-se em famílias dinâmicas: Clássicos, Plutinos e Objectos do Disco
Disperso (SDOs).
© The Open University
0.95
Plutinos
SDOs
Centauros
0.9
0.8
Clássicos
0.6
0.4
0.0
Úrano
Monday, 26 July 2010
Neptuno
Migração
• Melhor forma de explicar a estrutura: os planetas gigantes migraram (Malhotra 2005)
• Parecem também consistir na sobreposição de duas populações, gerada durante a migração
dos planetas gigantes (Gomes 2003, Levison & Morbidelli 2003).
Monday, 26 July 2010
Migração
Monday, 26 July 2010
Os “décimos planetas” e o fim do planeta Plutão
• Desde a descoberta dos Trans-Neptunianos que Plutão ficou em maus lençóis.
• 14 de Novembro de 2003, é anunciada a descoberta do “primeiro” 10º planeta: Sedna (2003VB
• 27 de Julho de 2005, é anunciada a descoberta do “segundo” 10º planeta: Haumea (2003EL )
• 29 de Julho de 2005, é anunciada a descoberta do “terceiro” 10º planeta: Eris (2003UB )
• As medições indicaram que Eris era ligeiramente maior que Plutão e foi necessário tomar uma
12)
61
313
decisão: NENHUM DELES É UM PLANETA, NEM MESMO PLUTÃO!
Monday, 26 July 2010
Os Maiores Trans-Neptunianos
D≈2300 km
D≈2400 km
D≈1600 km
D≈1500 km
D≈1500 km
D≈950 km
Monday, 26 July 2010
D≈900 km
D≈1000 km
2008 KV42: um TNO retrógrado
2008 KV42
a=41.8 AU
q=21.2 AU
e=0.49
i=103.4º
Monday, 26 July 2010
Eris
Dysnomia
Monday, 26 July 2010
A Nuvem de Oort
• Em 1950, Oort conclui que deveria existir uma “nuvem”, muito distante, em torno do Sistema
Solar que seria a fonte dos cometas (em 1932 Öpik ja o tinha sugerido).
• Criada pelo grande número de objectos ejectados do Sistema Solar pelos planetas gigantes.
Parâmetros
A nuvem deverá estar entre as
50000 e as 100000 AU (∼1 anoluz).
Estrelas próximas poderão
“empurrar” os seus cometas
para o interior do Sistema
Solar.
Número de cometas ∼ 1012
Monday, 26 July 2010
A Nuvem de Oort
• Em 1950, Oort conclui que deveria existir uma “nuvem”, muito distante, em torno do Sistema
Solar que seria a fonte dos cometas (em 1932 Öpik ja o tinha sugerido).
• Criada pelo grande número de objectos ejectados do Sistema Solar pelos planetas gigantes.
Parâmetros
A nuvem deverá estar entre as
50000 e as 100000 AU (∼1 anoluz).
Estrelas próximas poderão
“empurrar” os seus cometas
para o interior do Sistema
Solar.
Número de cometas ∼ 1012
Monday, 26 July 2010
Fotometria
Um objecto assimétrico em rotação produz variações de brilho, i.e., uma curva-de-luz.
Monday, 26 July 2010
Fotometria
Um objecto assimétrico em rotação produz variações de brilho, i.e., uma curva-de-luz.
Δm=2.5log(a/b)
Prot
Podemos determinar o período de rotação e estimar a assimetria axial.
Monday, 26 July 2010
Fotometria
Um objecto assimétrico em rotação produz variações de brilho, i.e., uma curva-de-luz.
Pcritico =
Monday, 26 July 2010
�
3π
Gρ
Ocultações Estelares
2003: detectam-se alterações na
atmosfera de N2 de Plutão.
Monday, 26 July 2010
2006: detectam-se os primeiros KBOs
hectométricos por ocultação estelar.
Espectroscopia
Apenas com a espectroscopia no infra-vermelho se detecta a presença de voláteis
(gelos). Porém, está reservada aos grandes telescópios.
Monday, 26 July 2010
Espectroscopia
Apenas com a espectroscopia no infra-vermelho se detecta a presença de voláteis
(gelos). Porém, está reservada aos grandes telescópios.
Monday, 26 July 2010
Fotometria de Cores
As cores são, na verdade,
espectros de muito baixa resolução.
Monday, 26 July 2010
Fotometria de Cores
IJ
JH
HK
RI
VR
BV
As cores são, na verdade,
espectros de muito baixa resolução.
Ultra-Violeta
Monday, 26 July 2010
Visível
IV-Próximo
IV-Méd/Long
Fotometria de Cores
Vermelho
Azul (Neutro)
Monday, 26 July 2010
Cores, Dimensões e Parâmetros Orbitais.
Existe uma enorme diversidade de cores, i.e. diversidade de superfícies.
Monday, 26 July 2010
Evolução das Superfícies
.
Bombardeamento por raios-cósmicos avermelha as superfícies
Sublimação de gelos arrasta poeiras mas deixa cascalho, alterando as superfícies.
Monday, 26 July 2010
Modelo de recobrimento colisional com
actividade cometária induzida.
Origem Avermelhamento Colisão
Actividade
Delsanti et al. (2004)
Monday, 26 July 2010
Recobrimento
Evolução Interna
Tempo de Arrefecimento
τ∼r2/K
Kágua∼10-6 m2s-1 [difusividade térmica]
Ervilha (r=3 mm): τ∼10 s
Batata (r=3 cm): τ∼1000 s
Na vida do Sistema Solar
τSS∼1017 s
Monday, 26 July 2010
r∼300 km
Evolução Interna
Porém, temos o aquecimento
radiogénico do 26Al.
Água líquida pode existir por 5 M
anos mesmo nos objectos mais
pequenos (D∼20-60 km).
Suficiente para despoletar
reacções bio-orgânicas?
Merk & Prialnik (2006)
Monday, 26 July 2010
A Missão New Horizons
Lançada a 19 Janeiro de 2006,
chegará a Plutão em Julho de 2015.
Monday, 26 July 2010
Fim
Monday, 26 July 2010