Sistema Solar: formação, estrutra e habitabilidade

I. Movimento Aparente e o Sistema Solar
1º Simpósio do Ensino Médio,
Etec Vasco Antonio Venchiarutti,
Jundiaí-SP, 21-22/07/2010
Enos Picazzio
IAGUSP / Jul.2010
O que é Sistema Solar?
A matéria que circunda a estrela Sol,
atraída pela sua força gravitacional.
Essa matéria se concentra em
distintos objetos celestes com
composição química,
temperatura, tamanho,
forma e distância
diferentes.
Tudo formou-se de um
mesmo estofo: uma grande
nuvem molecular densa
que colapsou sobre
si mesma.
Só existe um Sistema Solar:
o sistema planetário da
estrela Sol.
Enos Picazzio – IAGUSP - Jul.2010
Qual é o tamanho do Sistema Solar?
Nuvem de Oort
30.000 a 100.000 UA
Cinturão
Edgeworht-Kuiper
30 a 55 UA
Plutão
Planetas: Rochosos
até 1,5 UA
Gasosos
5 a 30 UA
Planeta anão
30 a 50 UA
Sol
Onde se localiza o Sistema Solar?
Esboço mais fidedigno da nossa galáxia (Via Láctea)
30.000 a.l.
Braço de Órion
100.000 anos-luz
(6,3 bilhões de Unidades Astronômicas)
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Colapso Gravitacional de Nuvem Molecular
Como se formou o
Sistema Solar?
Our Solar System and Its Origin, Haosheng Lin
Matéria da Nebulosa Solar
Condensação
Acreção
Acúmulo gradativo de poeira rochosa. Processo lento
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Colapso Gasoso
Processo rápido
Esse mecanismo de formação é plausível?
Formação de disco protoplanetário durante a contração nebular também é
observada em estrelas em formação. A posição do disco é indicada nas imagens.
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Do que é feito o Sistema Solar?
A composição
química relativa
entre os elementos
químicos mais
pesados é
preservada entre s
diferentes objetos
do Sistema Solar.
Meteorito Carbonáceo
Todos os objetos
se formaram de
uma mesma
nuvem primordial.
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Como se estrutura o Sistema Solar?
ROCHOSOS
GASOSOS
Asteroids
PLANETAS
ANÕES
O plano básico do Sistema Solar é aquele que contém a eclíptica.
As órbitas dos planetas têm baixa excentricidade e estão praticamente sobre ele.
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Quadro Comparativo
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ESTRUTURA INTERNA DOS PLANETAS
Planetas-anões
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Mercúrio: o menor planeta solar
Questões a responder
Por que ele é tão denso?
Núcleo é 60% da massa,
na Terra é ~30%
História geological?
Apenas 45% de sua superfície é
conhecida.
Natureza do campo magnético?
Mercúrio tem campo magnético global, como
a Terra, mas Vênus e Marte não!
Estrutura do núcleo?
O que é aquele material brilhante nos pólos?
Que voláteis são importantes ?
H e He provém do Sol, mas e O, Na, K, Ca, Mg?
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Região polar norte
Vênus: o vizinho quente e inóspito
T = 460oC
80% do terreno é basáltico
não há indícios de vulcânismo
idade ~ 500 milhões de anos
Vênus e Terra: gêmeas fraternas com destinos diferentes
A magnetosfera protege a atmosfera do arrastamento
pelo vento solar.
Ruddiman, W. F., 2001. Earth's Climate: past and future. W.H. Freeman & Sons, New York.
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TERRA: um planeta ativo
As bordas de placas podem ser de 3 tipos, definidos pelo tipo de processo tectônico ativo
Margens Destrutivas
(convergência)
Margens
Conservativas
Margens Conservativas
(deslocamento
relativo
entre
placas)(deslocamento relativo)
Margens Construtivas
(centros de espalhamento)
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Eder C. Molina - IAGUSP
MARTE: nosso vizinho menor, frio e árido
ROCHOSOS
Terreno basáltico, plano e baixo
TERRA
`
VÊNUS
MARTE
Terreno acidentado e antigo
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MARTE: nosso vizinho menor, frio e árido
Monte Olimpo: o maior vulcão (extinto) do Sistema Solar
• base: 600 km
• altura: 27 km
PLATÔ - Mars Express, ESA, 2004
ESCARPAS - Mars Express, ESA, 2004
600 km
ESCARPAS - Mars Express, ESA, 2004
Fluxos de lavas de diferentes idades, mostram que as erupções
ocorreram por longo período (centenas de milhões de anos).
MARTE: nosso vizinho menor, frio e árido
ALBA PATERA
ARSIA
Erosão por escoamento de lavas,
hoje solidificadas
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Atmosferas dos planetas rochosos
ROCHOSOS
Vescape = 10,4 km/h
Vescape = 11,2 km/h
N (78%), O (21%),
Ar (0,9%) CO2 (0,03%)
TERRA
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CO2 (~96%), N (~3,5%), traços
de H2O (vapor), CO, SO2, Ar.
`
VÊNUS
Vescape = 5 km/h
CO2 (~95%), N (~2,7%),
traços de Ar , O, CO, H2O .
MARTE
Os planetas gasosos e seus anéis
Grande Mancha Vermelha
JÚPITER
Vescape = 59,5 km/s
H (~86,1), He (~13,8), traços
de CH4 , NH3 e vapor de H2O
SATURNO
Vescape = 35,5 km/s
H (~92,4), He (~7,4), traços
de CH4 (~0,2) , NH3 (~0,02).
1,33 g/cc
0,7 g/cc
URANO
1,3
g/cc E NETUNO
1,76 g/cc
M
M == 100
100 M
MTT
M == 318
318 M
MTT
M
núcleo: < 10 Mt
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15 a 20
H (~84), He (~14) e
CH4 (Urano:~2%
M==15
15
MTT
M
M == 17
17 M
MTT
M
M
Netuno
~3%)
Mt Traços de NH3.
Os planetas gasosos e seus anéis
Sistema de anéis (do interno ao externo): D, C, B, A, F, G e E
110 K
B
70 K
A
90 K
Divisão
de
Cassini
Temperatura
poeira
gelo
Região externa do anel C e interna do anel
B (~meio da imagem).
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Dois satélites especiais
Huygens: pousou em 14/01/2005
Química predominante: N (~90%), Ar (~10%) e traços de CH4.
TITÃ
Canais de erosão
produzidos por
metano líquido
Lago: lama de
hidrocarbonetos
Temperatura
próxima a de
congelamento?
Ilhas de
água (?)
congelada
EUROPA
Superfície de água congelada, mas condutora
(sais). Sem atmosfera, mas com de O2.
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Tholins: heteropolímero orgânico formado pela
exposição de metano e/ou etano à luz ultravioleta.
Asteróides – fragmentos planetários
Cápsula
da sonda
Hayabusa
Asteróide
Itokawa
Toutatis
Eros
CINTURÃO ASTEROIDAL
MTOTAL = 0,0006 MT
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Região Transnetuniana – corpos congelados
 Planetas: órbitas neste azul
Plutão
 Localização corrente:
símbolos grandes
nesta cor
 Objetos raros com órbitas
de elevada excentricidade.
 Objetos Centauro:
 Objetos Plutinos: (Plutão
é o grande círculo branco)
 Objetos espalhados do disco
 Objetos clássicos
 Cometas periódicos
 Outros cometas
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Região Transnetuniana – corpos congelados
NEAT (C2002 V1)
ENCKE (2P)
gás ionizado
gás neutro + poeira
Cometa Hale-Bopp (C/1995 O1)
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Região Transnetuniana – corpos congelados
81P/Wild 2,
P~6,4 anos
5 km
Os cometas abasteceram a Terra com
água e material orgânico
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gás ionizado
gás neutro + poeira
Cometa Hale-Bopp (C/1995 O1)
Cometas
Giotto
1P/Halley, P~75 anos
[Giotto 1985]
16 x 8 x 8 km
Deep Space 1
19P/Borrelly, P~6,7 anos
[Deep Space 1 1999]
Impacto: 4/7/2004
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Deep Impact
81P/Wild 2, P~ 6,4 anos
[Stardust 1999]
Cometa NOVO,
capturado
por Júpiter
em 1974
8 x 4 km
5 km
4 x 14 km
Cometa 9P/Tempel 1,
P ~ 5,5 anos
[Deep Impact 2005]:
Stardust
Cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko
Período ~ 6,6 anos
[Rosetta 2004 – 2015]
Pouso em nov/2014.
Registro até dez/2015.
Tamanho: 4 km
Cometas: de onde eles vêm?
Nuvem de Oort
30.000 a 100.000 UA
Períodos longos: formados na região dos
gasosos e expelidos para cá por interação
gravitacional.
Cinturão Edgeworht-Kuiper
Plutão
Períodos curtos e médios:
formados nesta região
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A Zona Habitável
Região em torno de uma estrela em que um
planeta com atmosfera pode sustentar água
líquida em sua superfície.
3000 K
Vênus está próximo do limite
interno e Marte, do limite externo.
6000 K
Atualmente o Sol brilha 30%
que no passado. Portanto, sua
zona habitável já esteve mais
próxima dele e estará mais
distante no futuro.
O limite externo da zona habitável
pode se estender devido à
presença de CO2 na atmosfera
pois ele favorece o efeito estufa
e mantém a temperatura em níveis
elevados mesmo a grandes distâncias
da estrela.
Sistema Solar
9000 K
Água líquida pode ainda existir fora da zona habitável, desde que haja mecanismo de aquecimento.
Decaimento radioativo no núcleo e dissipação de energia por maré em Europa (satélite de Júpiter) liquefazem
a água da superfície e sua capa congelada dificulta a perda de calor.
Enos Picazzio – IAGUSP - Jul.2010
Há água onde não se imagina!
SOL
Espectro no IV marcado por
linhas de absorção da água
CERES (planeta-anão):
25% do manto pode
ser água doce (200
milhões de km3)
TERRA:
total 1,4 bilhão de
km3, água doce: 41
milhões de km3
Enos Picazzio – IAGUSP - Jul.2010
Bolha
Água
salgada
5 m
Meteorito Monahans (condrito ordinário)
MARTE: hoje é frio e árido, mas nem sempre foi assim
Massa = 0,104 MTERRA
Temp = -60oC a 20oC
A água deve estar
congelada abaixo da
superfície
Phoenix
5/6/08
Terreno sedimentar
água escorre
do subsolo
19/6/08
CO2 + H2O
Possível história da água marciana
em bilhões de anos.
Enos Picazzio – IAGUSP - Jul.2010
Erosão Fluvial
Pólo Sul
MARTE tem neve de madrugada.
Cristais de gelo precipitam à noite e sublimam pela manhã.
O vapor de água é misturado e lançado novamente para
a atmosfera por turbulência e convecção dirna, alcança
altura de 4 km, formam nuvens à noite e precipita.
Cristais de gelo caem das nuvens sobre o ártico. Evaporam –se
antes de tocar ao solo, e saturam atmosfera de água. Essa
neblina espessa produz uma geada que vira vapor ao
amanhecer, devolvendo a água à atmosfera. Por volta da meianoite, as nuvens formam-se outra vez, nutrindo os cristais que
cairão na madrugada seguinte.
Enos Picazzio – IAGUSP - Jul.2010
Dois satélites especiais úmidos
EUROPA
Superfície de água congelada, mas condutora
(sais). Sem atmosfera, mas com de O2.
Encélado
Jatos de gelo lançam poeira
a centenas de km acima da
superfície no pólo sul. Parte
dessa poeira escapa e
forma o anel difuso E, por
onde ele circula.
Sonda Cassini passa por jato vulcânico e revela composição química semelhante a dos cometas. As densidades
são mais elevadas que se pensava. Voláteis predominantes: vapor d’água, dióxido e monóxido de carbono, e
material orgânico
Enos Picazzio – IAGUSP - Jul.2010
Habitabilidade e vida
Condições para desenvolvimento e sustentabilidade de vida em um planeta:
•
•
•
•
•
•
•
•
Deve possuir composição química
favorável.
Deve ter fonte interna de calor.
Deve possuir atmosfera, que propicie
efeito estufa e o proteja de radiação
maléfica à vida (UV, raios X).
Deve possuir magnetosfera, para
protegê-lo de radiação corpuscular
da estrela – vento estelar).
Sua órbita não pode ter excentricidade
elevada, senão sofrerá variação acetuada de temperatura.
A rotação e a translação não podem ser sincronizadas senão ele terá sempre
a mesma face voltada para sua estrela.
A orientação do eixo de rotação deve ser estável para evitar glaciação.
Manter estas condições por tempo prolongado.
Por ora, o nosso é o único planeta que apresenta estas características.
Enos Picazzio – IAGUSP - Jul.2010