Sistema Solar

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
www.astro.iag.usp.br/~aga210
AGA 210 – 1° semestre/2016
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.
Componentes do Sistema Solar
Uma estrela (Sol);
8 planetas e 5 planetas-anões reconhecidos pela UAI;
asteróides, satélites, cometas;
meteoróides, poeira e gás.
• 
• 
• 
• 
(não há corpos de massa semelhante nas proximidades)
Enos Picazzio (IAG/USP)
Satélites do Sistema Solar em comparação com a Terra
Total 5
Total 14
1000 km
Total 27
Total 67
Total 62
imagem: NASA/wikipedia
Terra (para comparação)
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 (1564–1642).
–  Urano em 1781 por William Herschel (1738–1822).
–  Ceres em 1801 por Giuseppe Piazzi (1746–1826).
–  Netuno em 1846 por Johann Gottfried Galle (1812–1910) após previsão
teórica de Urbain Le Verrier (1811–1877) e John Couch Adams (1819–1892).
–  Plutão em 1930 por Clyde Tombaugh (1906–1997).
–  Éris em 2001, Haumea em 2004 e Makemake em 2005, por Michael Brown e
a equipe do Observatório do Monte Palomar.
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).
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.
Éris
44o
Planetas anões não obedecem esta regra.
1 Unidade Astronômica (UA)
= 149 597 871 km
Terra
17o
Plutão
Eclíptica
Estrutura do
Sistema
Solar
Sedna
Júpiter
Cinturão de
Asteróides
Cinturão de Kuiper
Marte
• 
O Sistema Solar vai
muito além dos
planetas.
• 
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.
Plutão
Órbita
de Sedna
Borda interna
da Nuvem de Oort
imagem: NASA/JPL
Sistema Solar na Via Láctea
• 
• 
• 
1 ano-luz = 9,46 x 1012 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.
Classificação dos planetas
Telúricos: Mercúrio, Vênus, Terra e Marte.
Jovianos: Júpiter, Saturno, Urano e Netuno.
Planetas anões: Éris, Plutão,..., não se enquadram em nenhuma das categorias.
Propriedades fundamentais dos Planetas
Planetas Telúricos ou Terrestres
(a Lua não é um planeta! Só está aqui para comparação)
Propriedades Físicas
Algumas propriedades dos planetas Telúricos e da Lua.
Massa
Mercúrio
Vênus
Terra
Marte
Lua
(kg)
Terra=1
23
3,3 10
0,055
24
4,9 10
0,82
24
6,0 10
1,00
23
6,4 10
0,11
22
7,3 10
0,012
Raio
(km) Terra=1
2400
0,38
6100
0,95
6400
1,00
3400
0,53
1700
0,27
Densidade
3
(kg/m )
5400
5300
5500
3900
3300
Gravidade
Superficial
Terra=1
0,38
0,90
1,00
0,38
0,17
Alta densidade (água: 1000 kg/m3)
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.
Propriedades Orbitais
Algumas propriedades dos planetas telúricos e da Lua.
Mercúrio
Venus
Terra
Marte
Lua
Velocidade
de Escape
(km/s)
4.3
10.4
11.2
5.0
2.4
Periodo
de
Rotação
dias
59
-243*
1.00
1.03
27.3
Temperatura
Superficial
(K)
100-700
730
290
180-270
100-400
Pressão
Atmosférica
Terra=1
-90
1.0
0.007
--
* Vênus tem rotação retrógrada
Temperatura em Kelvin (K): 273,15 K = 0°C ; 373,15 K = 100°C
0 K => menor temperatura possível
~ 300 K => temperatura ambiente.
Propriedades Orbitais
A rotação e o dia solar de Mercúrio
Mercúrio gira 3 x em torno de si para cada 2 x que gira em torno do Sol
==> Devido ao efeito de ressonância.
Período de rotação: 59 dias terrestres.
Período de translação: 88 dias terrestres.
Mas, um dia solar
(período entre o
nascer do Sol de
um dia até o dia
seguinte) dura
176 dias
terrestres.
Atmosfera dos planetas telúricos
•  Mercúrio
•  Alta temperatura ~700 K (430°C) e pequena massa:
–  Não consegue reter atmosfera.
–  Toda a atmosfera tem menos de 1 tonelada.
•  Sem atmosfera, não retém calor:
–  temperatura cai durante a noite a ~100 K (–173°C).
–  Podemos observar as estrelas durante o dia em Mercúrio.
imagem em alta resolução
telescópio de 1,5m, Mt Wilson
•  Composição (muito incerta):
–  42% O2, 29% Na, 22% H2, 6% He, 0,5% K
•  Origem:
–  emissão de gás do planeta e/ou
efeito do vento solar
Dantowitz et al. ApJ 2000
Atmosfera dos planetas telúricos
•  Vênus
•  Atmosfera mais alta e mais densa do que na
Terra.
–  Pressão = 90 PTerra.
–  Temperatura na superfície = 730 K (460°C, zinco e
chumbo derretem)
•  Composição:
–  96,5% CO2, 3,5% N2.
•  Nuvens com gotas de ácido sulfúrico.
Foto obtida pela sonda Venus Express
da ESA em 2006. Imagem em cores
falsas no ultravioleta.
Atmosfera dos planetas telúricos
Efeito estufa em Vênus: A grande concentração de CO2 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.
Atmosfera dos planetas telúricos
•  Marte
•  Atmosfera:
–  Pressão = 1/150 PTerra.
–  Tsuperfície = ~ 210 K (–60°C)
•  Temperatura máxima: ~ 20°C
•  Pouca atmosfera, grande variação
de temperatura entre dia e noite
(mais de 100°).
•  Composição:
–  95,3% CO2, 2,7% N2, 1,6% Ar,
CO, O2, H2O
Imagem obtida em agosto/2003
pelo telescópio espacial Hubble
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 20.000 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.
Superfície dos planetas telúricos
•  Vênus
•  A superfície não pode ser observada diretamente
–  Mapas são feitos com radares em sondas
• 
Duas maiores estruturas (“continentes”):
Há evidências de atividade
vulcânica e crateras em
Vênus.
–  Ishtar [próximo do pólo norte] e Aphrodite [no equador].
Isht
Montes Maxwell
ar
Atlanta
planitia
Rhea mons
Theia mons
d
Aphro
ite
Mapa de altitude produzido com dados da sonda Magellan em 1993
Superfície dos planetas telúricos
•  Marte
•  A superfície pode ser observada facilmente.
–  Mapas são feitos com observações da Terra e sondas
Monte Olimpo,
maior vulcão do
Sistema Solar; 25
km de altura, 700
km de diâmetro
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 (1998-2006)
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)
Superfície dos planetas telúricos
•  Marte: missões recentes
Viking 1 & 2 (1976):
primeiras imagens
feitas no solo
marciano
Mars Global
Surveyor (1996–
2006): mapas e
estudos das
variações climáticas
Pathfinder (Sojourner depois do
pouso, 1996–1997)
Phoenix Mars Lander
(2008): estudou o solo e
atmosfera no pólo norte
de Marte
Opportunity (2004– ) e
Spirit (2004 – 03/2010)
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 23.460 km de
distância de Marte.
Estrutura interna dos planetas telúricos
Enos Picazzio (IAG/USP)
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”.
Planetas jovianos (gigantes gasosos)
• 
• 
Júpiter e Saturno, os maiores em raio e massa.
A densidade de Saturno é menor pois tem massa menor que Júpiter.
• 
A pressão atmosférica em Urano e Netuno não é tão elevada como nos jovianos
maiores.
• 
A alta atmosfera Joviana é composta por cerca de 90% de hidrogênio molecular
(H2) e o restante praticamente de Hélio, a mesma composição do Sol. Isto
significa que este planeta tem a mesma composição química que deu origem ao
sistema Solar.
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 (Pequador = 9h 50m; latitudes 6m a mais).
•  Saturno: diferença entre equador
e pólo 56m.
•  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.)
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.
A Mancha Vermelha é
alimentada pelo calor de
Júpiter e absorve ciclones
menores.
imagem HST
Jupiter
67 satélites conhecidos até 2015
Satélites galileanos
Descobertos por
Galileu em 1609:
Io
Europa
Ganimede
Calisto
animação equivale a cerca de 11 dias
Satélites galileanos
Imagens da sonda Galileo, 1998
•  Vulcanismo em Io
•  Superfície de gelo em Europa
•  Diferentes tons nas superfícies de Calisto
e Ganimede.
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 1655.
–  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
Anéis de Saturno
Compostos principalmente de pedras de gelo de
alguns centímetros até ~10 metros.
Duas luas pastoras, Prometheus e
Pandora orbitam o anel F de Saturno, uma
a poucas centenas de km na parte interna
e outra na parte externa do anel. Imagens
feitas pela sonda Cassini.
Anéis de saturno em cores naturais, observadas pela
sonda Cassini em 2004.
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
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
Urano, observado pelo
telescópio Keck em 2004.
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.
Atmosfera de Urano e Netuno
•  Semelhante a Júpiter e Saturno, mas com pouco NH4 (amônia) e mais
CH4 (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
Espacial Hubble.
Atmosfera de Urano e Netuno
•  Semelhante a Júpiter e Saturno, mas com pouco NH4 (amônia) e mais
CH4 (metano)
–  Isto dá a cor mais azulada destes
planetas
•  (a) Grande Mancha escura de Netuno.
Resolução da imagem ~ 50 km.
Netuno
•  (b) Imagens de Netuno com HST.
•  Nuvens rosadas de cristais de
gelo de metano (observadas no
infravermelho). Mudanças devido
às estações do ano em Netuno.
Satélites de Urano e Netuno
• 
Urano tem 27 satélites conhecidos. Em 1851, as
4 maiores já eram conhecidas. Miranda, o 5º foi
descoberto em 1948 e o restante foi descoberto
após a passagem da Voyager 2.
• 
A maioria das luas orbitam no plano do equador
de Urano.
• 
Netuno tem 14 satélites conhecidos. A maior é
Tritão, descoberto em 1846.
•• 
Imagem da região polar Sul c/ variedade de
terreno, aparentando lagos congelados. Parte
rosada é de nitrogênio líquido. Lago ~ 200 km
de diâmetro, provável origem de erupção de
lava.
Anéis de Urano e Netuno
•  Assim como Saturno e Júpiter, Urano e Netuno também possuem
sistemas de anéis.
Anéis de Netuno observados
pela Voyager 2 e uma
concepção artística dos
anéis.
Anéis (e alguns satélites) de Urano
observados pelo HST.
Cinturão de Kuiper
•  Além da órbita de Netuno.
•  Muito menor que a nuvem de Oort.
Cinturão de Kuiper: objetos trans-netunianos e planetas
anões
Caronte
Plutão
Plutão e Caronte
•  Plutão foi descoberto em 1930 por Clyde Tombaugh, foi classificado
como planeta até 2006.
•  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.
Imagem de 2006
do HST
New Horizon em Plutão.
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Mais um planeta para o Sistema Solar?
•  Em janeiro/2016, os astrônomos Konstantin Batygin e Michael E. Brown
sugeriram a existência de um nono planeta com ~10x mais massa que a
Terra orbitando o Sol num período de ~13 mil anos.
•  Esta hipótese é baseada nas órbitas dos objetos trans-netunianos.
Cinturão
de Kuiper
Saturno
Urano
Plutão
Júpiter
Netuno
Região que será explorada a
procura do hipotético nono Planeta
Sugestão da órbita do nono planeta
Batygin K. & Brown M.E., 2016, Astron. Journal 151
Cinturão de asteróides
•  Objetos principalmente entre
Marte e Júpiter
Pala
Ceres
Vesta
Marte
Asteroide significa “objeto
com aparência estelar”
(aster = estrela em Grego).
Asteróides
•  A maioria dos asteróides se encontram no cinturão entre Júpiter e Marte e
no cinturão de Kuiper.
•  Vários asteróides (84 conhecidos) têm satélites (ex. Ida e Dactyl).
Ceres: planeta anão no cinturão de asteróides
•  Sonda DAWN entrou em órbita de
Ceres no dia 6/março/2015 .
Ceres
•  A sonda viajou 7 anos e meio e já
orbitou o asteróide Vesta entre julho
2011 e setembro 2012.
•  Ponto brilhante no interior de uma
cratera de 92 km de diâmetro de Ceres.
•  Depósito de água? Sal?
Vesta
Imagens:JPL/NASA
Cometas
• 
Cometas são “bolas” de gelo com poeira.
–  muitas moléculas orgânicas. Em 2009 foi
descoberto um aminoácido, glicina (C2H5NO2),
no cometa Wild 2 pela sonda Stardust.
• 
A cauda dos cometas sempre apontam na
direção oposta do Sol, resultado do vento solar.
di
coma
do
reção
Sol
Cometa de Halley
pintado por Giotto
em 1302
cauda
núcleo
Cometa Lulin. Foto de J.
Schedler de 02/2009
Tapeçaria de Bayeux, retratando a invasão
normanda da Inglaterra em 1066
Próxima
passagem do
Halley em
2061.
Cometa Halley visto da
sonda Giotto em 1986
Cometas
•  Cometas de curto período: órbitas
elípticas;
origem no cinturão de Kuiper.
órbitas de cometas de
período curto
•  Cometas de longo período:
órbitas parabólicas, origem na
nuvem de Oort.
órbitas dos cometas com
período superior a 200
anos
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.
Meteoro observado com a Via Láctea de fundo (2009)
Foto:Tony Rowell / Astrophotostore.com
Meteorito do Museu Catavento, São Paulo
Cratera de Meteorito próxima
de Flagstaff, Arizona, EUA
Impacto há
50.000 anos
Diâmetro inicial
do meteorito:
50 m
1,2 km
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 ± 25–30 m queimam inteiramente na atmosfera.
Energia do impacto [megaTon]
10
1000
10 mil
Fim do Cretácio
Tunguska
1
100
todos testes nucleares
entre 1945–1996
0.01 0.1 1 10 100 103 104 105 106 107 108
Hiroshima
– 
- 
Intervalo entre impactos [anos]
• 
• 
100 mil
1 milhão
10 milhões
100 milhões
(10 m)
0.003 0.01 0.03
0.1
0.3
1
Diâmetro [km]
3
10
30
Muitos asteroides com diâmetro menor do que 1 km ainda
devem ser descobertos
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Fonte: www.neoshield.net/
Cratera de Colônia
em São Paulo
O Diário Oficial da Cidade
publicou no dia 12/06/2007
o Decreto nº 48.423,
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
(NEOS)
próximos encontros
Asteroides
com mais
de 50m de
diâmetro.