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O Sol Daniele Benicio [email protected] Aula Anterior: Sistema Solar – Terra, Lua e Sol Lua: estrutura, características, fases Eclipses Relação Terra x Lua Universidade Federal do ABC Terra: estrutura, características, estações do ano São objetos celestes gasosos de forma esferoidal, com interior a pressões e temperaturas elevadas, particularmente nas vizinhanças do núcleo aonde ocorrem reações termonucleares liberando energia que se propaga para as camadas externas, na forma de radiação eletromagnética. Universidade Federal do ABC Estrelas É uma estrela comum, uma das mais de cerca de 100 bilhões de estrelas que constituem a nossa galáxia, a Via Láctea. Ele situa-se no centro do Sistema Solar. Universidade Federal do ABC O Sol O Sol, bem como todo o Sistema Solar, se move com respeito às estrelas mais próximas a uma velocidade de 220 km/s ou ~800.000 km/h. Está situado na periferia da Galáxia, a uma distância de 28.000 anos luz do seu centro. 1 ano luz: 9,4605284 × 1015 metros Universidade Federal do ABC O Sol Gira em torno de bojo central situada no núcleo da Galáxia. A galáxia possui um diâmetro de 150.000 anos luz (halos estelar e de matéria escura são maiores ainda) e é do tipo espiral com 4 braços maiores, o Sistema Solar situa-se no pequeno braço chamado Órion (também conhecido como Braço Local) Universidade Federal do ABC O Sol Universidade Federal do ABC Características Diâmetro = 1.390.000 km. Em seu interior caberia 1.300.000 vezes o planeta Terra. Massa corresponde a 333.000 vezes a massa da Terra (aprox. 1,98892 × 1030 kg). Massa correspondente a cerca de 99.85% da massa total do Sistema Solar. Universidade Federal do ABC Características Massa solar é uma unidade de medida de massa igual à massa do Sol, usada em Astronomia para representar a massa de estrelas, galáxias e corpos de grandes dimensões: M⊙ = 1,98892 × 1030 kg Mede-se a massa solar através da aplicação da terceira lei de Kepler (“O quadrado do período de qualquer planeta em torno do Sol é proporcional ao cubo da distância média entre o planeta e o Sol”), segunda a qual: 2 4 𝜋 𝑇2 = . 𝑟3 𝐺 (𝑀 + 𝑚) Onde: m representa a massa de um planeta M a massa da estrela ao redor ao qual orbita T é o período orbital do planeta r a distância média do planeta à estrela G é constante gravitacional (G = 6,67384 × 10-11 m3 kg-1 s-2 ) Universidade Federal do ABC Características Distância: 1 UA da Terra Diâmetro: 1.390.000 km (108 vezes o da Terra) Volume: 1.300.000 vezes o volume da terra Densidade média: 1410 kg/m³ UA (unidade astronômica) = aprox. 150 milhões de km. Universidade Federal do ABC Características Ele é muito grande se comparado aos planetas que temos em nosso sistema solar, porém comparado a outras estrelas no universo observável, vemos que ele é uma estrela G2. Cada classe tem 9 subclassificações numéricas Universidade Federal do ABC Características A Terra não é visível a esta escala Universidade Federal do ABC Júpiter tem 1 pixel Universidade Federal do ABC Gira em torno de seu próprio eixo. Seu período de rotação varia de 25 dias na região equatorial a até 36 dias na região polar. Universidade Federal do ABC Características Composição química, com relação à sua massa é de: 74% de hidrogênio 25% de hélio 1% de outros elementos Universidade Federal do ABC Características A temperatura na sua superfície é de 5.526°C e sua temperatura interna é de aproximadamente 15x106 °C. Em seu núcleo há reações nucleares que formam hélio. Universidade Federal do ABC Características Durante a formação do Hélio há uma perda de 0,7% de massa dos 4 prótons que o originaram, que se transforma em energia e é carregada até a superfície do Sol onde é liberada na forma de radiação. Ela demora 1 milhão de anos para chegar à superfície. A cada segundo 700 milhões de toneladas de hidrogênio são convertidos em cinza de hélio. Durante este processo 5 milhões de toneladas de energia pura são liberados; portanto, com o passar do tempo, o Sol está se tornando mais leve. Universidade Federal do ABC Características Cromosfera Fotosfera O Sol possui três camadas internas: Zona Convectiva Núcleo Zona Radiativa Zona Convectiva Zona Radiativa E três externas: Fotosfera Cromosfera Coroa Solar Núcleo Coroa Solar Universidade Federal do ABC Estrutura O núcleo fica no centro do Sol e ocupa cerca de 30% de seu raio de circunferência. Ali, a gravidade puxa toda a massa para o interior e cria uma pressão intensa, chegando a ser 2 bilhões de vezes a da Terra. A pressão é forte o bastante para forçar os átomos de hidrogênio a se unirem em reação de fusão nuclear. Núcleo Universidade Federal do ABC Estrutura- Núcleo Análises recentes da missão SOHO indicam que a rotação do núcleo solar é mais rápida que a do restante da zona de radiação. Atualmente, e durante grande tempo da vida solar, a maior parte da energia produzida pelo Sol é gerada por fusão nuclear via cadeia próton-próton, convertendo hidrogênio em hélio. Menos de 2% do hélio gerado no Sol provém do ciclo CNO. O núcleo solar é a única parte do Sol que produz energia em quantidade significativa via fusão. O restante do Sol é aquecido pela energia transferida do núcleo para as regiões externas. Toda a energia produzida pela fusão precisa passar por várias camadas até a fotosfera antes de escapar para o espaço como luz solar ou energia cinética de partículas. Universidade Federal do ABC Estrutura- Núcleo É a camada do Sol onde a energia propaga-se da mesma maneira que a luz, ou seja, através da irradiação e por isso não depende do meio para se propagar. E como os fótons são absorvidos e reemitidos, pode demorar milhares de anos para chegar a superfície. Ela ocupa cerca de 40% do raio de circunferência do Sol. Zona Radiativa Universidade Federal do ABC Estrutura- Zona Radiativa São os 30% finais do raio de circunferência do Sol, é dominada por correntes de material que levam a energia para o lado externo da superfície. Zona Convectiva Universidade Federal do ABC Estrutura- Zona Convectiva Tem de 300 a 500 quilômetros de largura e uma temperatura média de 5.800 kelvins ou aproximadamente 5.500ºC. É formada por pequenas estruturas chamadas células de convecção, separados por zonas mais escuras. Célula de convecção é um fenômeno que ocorre em situações onde existem diferenças de temperatura dentro de um corpo líquido ou gasoso. Estas diferenças fazem com que o líquido ou gás movimente-se devido à diferenças de densidade causada pelas diferentes temperaturas, com o fluido subindo quando adquirindo uma temperatura maior, e descendo quando sua temperatura cai. http://www.youtube.com/watch?v=O-UjQwTfjGg Fotosfera Universidade Federal do ABC Estrutura- Fotosfera É uma camada que apresenta uma diminuição considerável da densidade (~ 5 x 1015 cm-3) quando comparada às camadas mais internas. Uma densidade menor favorece a diminuição da opacidade, permitindo que a radiação se propague livremente. Esta camada tem uma aparência turbulenta devido às erupções energéticas que lá ocorrem. Universidade Federal do ABC Estrutura- Fotosfera São áreas escuras e frias que aparecem em pares na fotosfera, e são caracterizadas também como campos magnéticos intensos. O campo magnético é gerado pelos movimentos dos gases no interior do Sol. Manchas solares medem até 30.000 km de diâmetro, e consistem de uma parte escura, a umbra e uma menos escura em torno, com estrutura de filamentos, a penumbra. Universidade Federal do ABC Fotosfera – Manchas Solares Foram observadas pela primeira vez por Galileu Galilei no início do século XVII: Universidade Federal do ABC Fotosfera – Manchas Solares A atividade das manchas solares ocorre como parte de um ciclo de 22 anos chamado ciclo solar em que há períodos de atividade máxima e mínima. Atualmente, estamos em época de atividade solar máxima. Universidade Federal do ABC Fotosfera – Manchas Solares A cromosfera do Sol não é, normalmente, visível, porque a radiação emitida é muito mais fraca do que a originada na fotosfera. Sua espessura é de aproximadamente 1600 km. É uma camada irregular, onde a temperatura sobe de 6000 ºC até cerca de 20 000 ºC. Nestas altas temperaturas, o hidrogênio emite luz na cor avermelhada. Cromosfera Universidade Federal do ABC Estrutura- Cromosfera A cromosfera solar torna-se visível durante um eclipse total do Sol, nos momentos iniciais e finais, como um anel avermelhado, causado pelos átomos de hidrogênio super aquecidos. Para além dos eclipses, é ainda possível observar a cromosfera recorrendo à análise espectral. Com a utilização de filtros de banda estreita (filtro de Lyot), ou de um espectro-heliógrafo. Universidade Federal do ABC Estrutura- Cromosfera Plages (francês para praias) são regiões na cromosfera brilhantes perto de manchas solares, que surgem pouco antes do aparecimento das manchas e somem logo depois do sumiço das manchas naquela região. Universidade Federal do ABC Estrutura- Cromosfera A coroa é a parte mais externa da atmosfera do Sol. A região exterior da coroa se estende ao espaço e inclui partículas viajando para longe do Sol. A coroa pode ser vista durante eclipses solares totais. Sua temperatura é de aproximadamente 2 milhões de graus Celsius. É nesta região que as proeminências aparecem. Coroa Solar Universidade Federal do ABC Estrutura- Coroa Solar São imensas nuvens de gás aquecido e brilhante que explodem da alta cromosfera. As proeminências podem durar de dois a três meses atingindo até 50 mil quilômetros de extensão ou mais, acima da superfície do Sol. Ao atingir essa altura acima da superfície, podem entrar em erupção, algo que pode durar de alguns minutos a algumas horas, e jogar grandes quantidades de material através da coroa, que cairão no espaço a mil km/s. Essas erupções são chamadas de ejeção da massa coronal. Frequência das proeminências é ligada ao ciclo solar. Universidade Federal do ABC Coroa Solar - Proeminências Às vezes, em grupos complexos de manchas solares, explosões violentas e abruptas ocorrem, chamadas de fulgurações solares. Acredita-se que sejam causadas por alterações repentinas no campo magnético em áreas nas quais ele está concentrado. As fulgurações solares são acompanhadas por liberação de gás, elétrons, luz visível, raios ultravioleta e raios-X. Quando esta radiação e estas partículas atingem o campo magnético da Terra, interagem com ele nos polos para produzir as auroras (boreais, austrais). Universidade Federal do ABC Coroa Solar – Fulgurações Solares Ainda não se sabe exatamente como é formado, o que se sabe é que há a variação da intensidade dele devido a variações na coroa solar. O vento solar é constituído de plasma que sofre aceleração pelo campo magnético do Sol, com velocidade aproximada de 400 Km/s e quando chega perto da Terra pode chegar a 800 Km/s . Variação na coroa solar (causadas pela rotação irregular do Sol). Universidade Federal do ABC Coroa Solar – Vento Solar Aurora boreal são fenômenos que ocorrem nas regiões polares do norte do planeta Terra, além de outros, como Júpiter, Saturno e Marte. A aurora boreal pode ser vista durante a noite ou no final da tarde, ocorre com periodicidade de 11 anos. A altura da aurora boreal oscila entre os 100-120 km, embora nas regiões ainda iluminadas pelo sol possam aparecer abaixo dos 80 km ou acima de 1000 km. A aurora boreal ocorre devido ao contato dos ventos solares com o campo magnético do planeta. Aurora boreal foi um nome criado pelo cientista Galileu Galilei, no ano de 1619, por causa de uma deusa romana do amanhecer, chamada de Aurora, e de seu filho, chamado Bóreas. No hemisfério sul, a aurora boreal é conhecida como aurora austral. A aurora boreal pode ser reproduzida artificialmente, por exemplo, através de explosões nucleares ou em laboratório. Universidade Federal do ABC Aurora Boreal - Austral Universidade Federal do ABC Aurora Boreal Universidade Federal do ABC Aurora Austral É uma região periférica do Sol, preenchida pelo vento solar, e é o limite de alcance do campo magnético. A Heliosfera nos protege da entrada de raios cósmicos vindo de fora do Sistema Solar, ou seja uma intervenção galáctica no nosso sistema. Universidade Federal do ABC Heliosfera Sua Magnitude Aparente é -26,74 e a sua Magnitude absoluta é de +4,8. Chamamos de Magnitude aparente (Mp) o brilho que um determinado objeto celeste possui quando observado a partir da superfície da Terra. Chamamos de Magnitude absoluta (Ma) o brilho que o objeto teria se estivesse em uma distância padronizada. A escala é definida como a Magnitude aparente que um corpo deveria ter se fosse visto da distância de 10 parsecs (32,6 anos-luz). Quanto menor for o número da Magnitude, mais brilhante será o objeto. A escala de magnitude é logarítmica (uma diferença de 5 magnitudes corresponde a um fator 100 em luminosidade) Universidade Federal do ABC Magnitude Universidade Federal do ABC Sondas de Exploração Solar O Skylab completou quase 2 mil horas de experimentos médicos e científicos, incluindo oito experimentos solares. Instalado no alto do veículo, o módulo experimental remoto fotografou uma explosão na superfície do Sol em 1974. Os buracos coronais solares foram descobertos durante as observações do Skylab. Universidade Federal do ABC Sondas - Skylab Os satélites Solar TErrestrial RElations Observatory (STEREO) da NASA são sondas quase idênticas. Lançadas em 2006, as sondas estão analisando o Sol pela primeira vez em 3-D. Os cientistas da missão esperam que sua revolucionária tecnologia de captação de imagens irá descobrir a causa e o mecanismo por trás das ejeções de massa coronal (CME). Universidade Federal do ABC STEREO Desenvolvido pela Nasa americana e a ESA europeia, tem objetivo o estudo do Sol tanto as camadas internas de sua coroa quanto os ventos solares. Universidade Federal do ABC Projeto SOHO (Solar and Heliopheric Observatory) Universidade Federal do ABC Relação Sol- Terra A partir do momento em que a energia e luz do Sol são liberadas ao espaço, começa a relação entre o Sol e o nosso Planeta. Universidade Federal do ABC Relação Sol- Terra Só há vida na Terra devido a algumas condições, dentre elas uma localização em zona habitável, pois é essa distância que garante a água em estado líquido. Universidade Federal do ABC Relação Sol- Terra A vida na Terra é garantida pela incidência “ideal” de energia solar nela. Que só é considerada “ideal” devido à atmosfera que a Terra desenvolveu. Universidade Federal do ABC Relação Sol- Terra Troposfera – onde vivemos Estratosfera – Ozonosfera proteção raios UV, onde situa-se a camada de ozônio. Mesosfera – combustão de meteoros Termosfera - É a camada onde ocorrem as auroras e onde orbita o ônibus espacial Exosfera – limite entre espaço e atmosfera. Universidade Federal do ABC Relação Sol- Terra - Camadas da Atmosfera Terrestre e proteção solar Universidade Federal do ABC Relação Sol- Terra - Camadas da Atmosfera Terrestre e proteção solar A energia solar é hoje vista como novo meio de gerar energia em Terra, principalmente para substituir métodos que poluem ou modifiquem o ambiente. Universidade Federal do ABC Energia Solar Projeto Japonês - 2013 Universidade Federal do ABC Ficção científica Universidade Federal do ABC Morte do Sol O Sol entrará numa fase, onde as fusões de hidrogênio começarão a acabar e darão lugar à queima de Hélio que ele produz. Fazendo com que o Sol comece a liberar mais energia no Sistema Solar e o transformando em uma gigante vermelha. Universidade Federal do ABC Morte do Sol Esta será a possível aparência da Terra daqui a 5 bilhões de anos, quando o Sol estará a meio caminho da morte. O que um dia foram os oceanos terá se transformado em vastas planícies. E os antigos continentes terão se tornado planaltos, por causa do Sol ter aumentado em 40% o seu brilho, secando de vez o planeta e varrendo a atmosfera para o espaço. Universidade Federal do ABC Morte do Sol Após se transformar em uma gigante vermelha, o Sol terá seu brilho ao máximo em 5 bilhões de anos. Seu raio ficará mais de 200 vezes maior, chegando próximo à Terra. Seu brilho será 5 mil vezes mais intenso. Isso quer dizer que a estrela estará lançando sobre o sistema solar 5 000 vezes mais energia do que hoje. O calor na Terra será muito superior ao de Vênus atualmente, que é de 500 graus Celsius. O antigo planeta-água virará uma imensa caldeira, com temperatura capaz de derreter chumbo (podendo ficar mais quente).E poderia até ser destruída nesse inferno dantesco. Universidade Federal do ABC Morte do Sol A medida que o brilho for aumentando, o vento solar irá liberar mais energia e matéria ao espaço, esse efeito causará a redução da massa do astro e consequentemente a sua força gravitacional, até o ponto onde os planetas se lançarão para outros pontos do Sistema Solar. Possivelmente Vênus irá para a órbita atual da Terra e a Terra pra órbita atual de Marte. Os planetas exteriores, como Júpiter e Saturno, terão suas órbitas dobrando de diâmetro. Universidade Federal do ABC Morte do Sol Na tentativa de reacender o seu interior, ele terá se expandido e contraído quatro vezes no total. A cada expansão ele perde mais matéria, o que causa o enfraquecimento e a perda de brilho. Ele se torna uma Anã Branca. O que um dia foi astro-rei amarelo e gigante vermelha não passará de uma anã branca um corpo carcomido, com metade da massa atual espremida numa esfera com diâmetro 17 vezes menor que hoje e sem forças para liberar energia. Uma nebulosa, nuvem de poeira e gases resultante do desgaste estelar, envolverá o sistema solar mumificado. Os planetas, com exceção de Mercúrio, continuarão a longa e fria jornada em torno da anã branca. Universidade Federal do ABC Morte do Sol Após se tornar uma anã branca, o Sol levará bilhões de anos para esfriar. Diminuindo o seu brilho, se tornando apenas uma massa fria, inerte e sem luz. A esta altura, o mundo, como o conhecemos, já terá acabado. Universidade Federal do ABC Morte do Sol Próxima Aula (05/04): Sistema Solar: Planetas Internos Universidade Federal do ABC OBRIGADA!
