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/2017
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:
exoplanetas.
Componentes do Sistema Solar
• 
• 
• 
• 
Uma estrela (Sol);
8 planetas e 5 planetas-anões reconhecidos pela UAI;
asteroides, satélites, cometas;
meteoroides, poeira e gás.
Asteroides = de ~ 1000 km até 1 metro.
Meteoroide = de 1m até pequenos grãos (1 mícron).
Poeira = 1 mícron até algumas moléculas.
(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, Ceres,..., 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
•  Mercúrio gira 3 vezes em torno de si para cada 2 vezes que gira
em torno do Sol Devido ao efeito de ressonância.
–  Rotação (dia sideral): 59 dias terrestres.
–  Translação: 88 dias terrestres.
–  Dia solar: 176 dias terrestres composição de movimentos.
•  Vênus gira no sentido contrário (rotação retrógrada) em 243 dias
terrestres, enquanto a translação dura 224 dias terrestres.
–  Colisões durante a formação? O eixo virou de ~180°?
•  O ano marciano é aproximadamente o dobro do ano terrestre e,
devido à inclinação do eixo de rotação, Marte apresenta estações
do ano muito parecidas com as da Terra.
–  O dia de Marte também é semelhante ao terrestre, 24h39m.
Atmosfera dos planetas telúricos
•  Mercúrio
•  Vênus
• 
• 
Alta temperatura ~700 K (430°C) e pequena
massa:
–  Não consegue reter atmosfera; tem 1
tonelada de atmosfera.
• 
–  Podemos observar as estrelas durante o dia
em Mercúrio.
–  Composição: 42% O2, 29% Na, 22% H2,
6% He.
• 
–  Pressão = 90 PTerra.
–  Temperatura na superfície = 730 K (460°C,
zinco e chumbo derretem)
Sem atmosfera, não retém calor:
–  temperatura cai durante a noite a ~100 K
(–173°C).
Atmosfera mais alta e mais densa do que na
Terra.
–  Composição: 96,5% CO2, 3,5% N2.
• 
Nuvens com gotas de ácido sulfúrico.
•  Marte
Origem:
–  emissão de gás do planeta e/ou
efeito do vento solar
Foto obtida pela sonda
Venus Express da ESA em
2006. Imagem em cores
falsas no ultravioleta.
• 
Atmosfera:
–  Pressão = 1/150 PTerra.
–  Tsuperfície = ~ 210 K (–60°C); Máx.: ~20°C.
–  Composição: 95,3% CO2, 2,7% N2, 1,6% Ar,
CO, O2, H2O
• 
Pouca atmosfera, grande variação de
temperatura entre dia e noite (mais de 100°).
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.
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 no solo.
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)
Cinturão de asteróides
•  Objetos principalmente entre
Marte e Júpiter
Pala
Ceres
Vesta
Marte
Asteroide significa “objeto
com aparência estelar”
(aster = estrela em Grego).
Cinturão de Asteroides
•  Sonda DAWN entrou em órbita de
Ceres no dia 6/março/2015 .
Ceres:
um planeta
anão no
Cinturão.
•  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?
Imagen:JPL/NASA
Vesta
Vários asteroides (84 conhecidos) têm satélites (ex. Ida e Dactyl):
Imagen:JPL/NASA
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”.
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
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
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
Todos os planetas
jovianos possuem
anéis.
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 Hubble.
Urano
Grande Mancha escura de
Netuno.
Resolução da imagem ~ 50 km.
Nuvens rosadas de cristais de
gelo de metano (observadas no
infravermelho). Mudanças devido
às
se
stações do
do ano
ano em
em Netuno.
Netu
uno.
estações
Netuno
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.
• 
Plutão e Caronte foram visitados pela sonda
New Horizons em 07/2015.
Imagem de 2006
do HST
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.
do
reção
Sol
Cometa de Halley
pintado por Giotto
em 1302
di
coma
cauda
núcleo
Cometa Lulin. Foto de J.
Schedler de 02/2009
Tapeçaria de Bayeux, retratando a invasão
normanda da Inglaterra em 1066 e a
passagem do cometa de Halley.
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
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
Próximas encontros:
Asteroides com mais de 500m de diâmetro e passagem a menos de 1 milhão de km.