Novidades no Sistema Solar

Novidades no Sistema Solar
FIS2009 - Explorando o Universo dos Quarks aos Quasares
Prof. Eduardo Bica – Semestre 2016B
Nota: A aula expositiva é uma seleção de textos e figuras. O texto inteiro
e as figuras são úteis para uma leitura do estudante.
1.Introdução
Uma simples comparação entre livros das décadas de 1980 e 2000 na biblioteca, mostra um
grande número de descobertas e avanços tecnológicos aplicados aos planetas e outros
corpos do sistema solar, como sondas da NASA e ESA, e grandes telescópios no solo e o
telescópio espacial Hubble.
-As descobertas continuarão:
(i) com novas sondas espaciais em missões.
(ii) o telescópio espacial James Webb da NASA /ESA de 6m, operando em 2018
e os telescópios gigantes que estarão em uso tipicamente em 10 anos.
(a) Extremely Large Telescope (39m , ELT) com ESO e Brasil - a oficializar),no Chile.
(b) Thirty meter Telescope (30m TMT) com EUA, Índia, China, Japão e Canadá, no Havaí ou
Chile).
(c) 25m GMT Giant Magellan Telescope (GMT no Chile) com EUA, Austrália, Brasil, Coreia do
Sul e Chile.
•
Fig. 1 Planeta Gigante Gasoso Júpiter no óptico , com o telescópio espacial
Hubble (HST).
• Fig. 2: Saturno, e seus anéis brilhantes A e B que são dominados por gelo
de água, com o HST.
2 . A Reclassificação em Planetas e Planetas
Anões
Até 2004 tínhamos 9 planetas no Sistema Solar.
Em 2002 foi descoberto Eris na parte externa do
cinturão de Kuiper (mais além de Plutão) e estimou-se
inicialmente que Eris era maior. Isto precipitou uma
reclassificação dos planetas na União Astronômica
Internacional (IAU) na reunião geral em Praga em
agosto de 2006, com votações por astrônomos da área
e de outras. Pela primeira vez tivemos regras físicas
para planetas e planetas anões.
Regras Físicas
(i) Planetas e Planetas anões são os astros principais nas suas
órbitas. Todos os outros corpos serão satélites. Os grandes
satélites que acompanham Júpiter foram conservadoramente
considerados como satélites. A Terra e Plutão não foram aceitos
como planetas duplos com seus grandes satélites Lua e Caronte,
respectivamente.
(ii) Planetas e Planetas Anões são essencialmente esféricos e
um pouco de oblatos- achatados por rotação. Isto é
conseqüência de serem massivos o suficiente para a gravidade
moldá-los. Significa também que eles atingiram o equilíbrio
hidrostático, com camadas de diferentes densidades e
composição química sobrepostas. Corpos como Vesta - o maior
asteróide do cinturão Principal (entre Marte e Júpiter) são
irregulares por não terem atingido o equilíbrio hidrostático, além
de terem sido craterados por choques no cinturão.
(iii) Planetas limparam a sua órbita de corpos menores. Os
Planetas Anões podem ter nas órbitas inúmeros asteróides cuja
massa somada é da ordem da do Planetas Anão. Júpiter tem na
sua órbita 7000 asteróides chamados Troianos. A massa total é
pequena, e juntando todos os satélites , a massa de Júpiter é
muito maior. Plutão tem 250 asteroides de Kuiper Plutinos
essencialmente na mesma órbita. A massa total é comparável à
de Plutão, logo Plutão é Planeta Anão pois não foi massivo o
suficiente para expulsar os companheiros de órbita.
Hoje temos no Sistema Solar:
8 Planetas - 4 gigantes gasosos: Júpiter, Saturno , Urano e
Netuno , e 4 terrestres: Mercúrio, Venus, Terra e Marte.
5 Planetas Anões - Ceres no Cinturão Principal, e Plutão,
Haumea, Makemake e Eris no Cinturão de Kuiper.
• Fig. 3: Netuno, com sua atmosfera azul com clima ativo, HST.
• Fig. 4: Urano: o planeta tem o eixo de rotação deitado no
Sistema Solar, imagem do HST.
• Fig. 5 Planeta Terrestre Mercúrio imageado pela a sonda
Messenger em 2009-2011.
• Fig.6 Nuvens densas de Venus, em 1979 no UV com orbitador
Pioneer de Venus. Dióxido de enxofre e gotas de ácido sulfúrico
• Fig. 7 Marte, solo avermelhado por óxido de ferro, calota polar sul de gelo
de água e dióxido de carbono, neblina de dióxido de carbono. HST, 2003.
• Fig. 8 Planeta anão Ceres pela sonda Dawn em 2015. Crosta
de gelo de água e argila.
• Fig. 9 Planeta anão Plutão com a sonda New Horizons em 2015.
• Fig. 10 Planeta anão Eris e sua lua Dysnomia . HST.
• Fig. 11 Asteroide Vesta com a sonda Dawn em 2014, não é esférico,
logo não poderá ser Planeta Anão. É muito craterado também. É o
maior asteróide do Cinturão Principal, junto com Pallas.
2.1 Superfícies e Atmosferas
As superfícies dos planetas são muito
variadas devido à composição química,
calor interno e suas interações com as
atmosferas. Mesmo assim muitas
vezes observamos paisagens muito
familiares com as da Terra.
• Fig. 12 Marte: Calota Polar Sul com imageador Mars Global
Surveyor em 2000. Meio do verão marciano.
• Fig. 13 Marte: vulcões no plateau de Tharsis: Montes Arsia (sul),
Pavonis (centro) e Ascraeus (norte), com sonda Viking 1 em 1980.
• Fig. 14 Marte: Cratera setentrional contendo geleira de água.
Orbitador ESA Mars Express.
•
Fig.15 Ceres e as manchas claras em cratera com a sonda Dawn em 2015. Órbita baixa
gerando alta resolução. O material de alto albedo é uma salmoura com sulfato de
magnésio. Material escuro é argila com amônia.
• Fig. 16 Superfície de Venus com a sonda soviética Venera 9 em
1975.
• Fig.17: Saturno: tempestade em faixa setentrional de temperatura
em 2011. HST.
• Fig. 18: Plutão: Os montes Norgay e Hillary de montanhas de gelo de água,
e a planície Sputnik de gelos. Camadas de atmosfera visíveis no por do Sol.
Sonda New Horizons. Lembra pausagem da Groenlândia, mas em Plutão
as montanhas são de puro gelo, sem rochas.
• Fig. 19: Atmosfera de Plutão, vista contra o Sol, após a
passagem da sonda New Horizons.
Tabela 1. Propriedades Fundamentais Planetas e Planetas Anões
Nome
Massa
Dist. ao Sol
Nro. de Satel. Nro de Sat. Pressão Atmosf.
Terra=1 Semieixo Maior
1997
2016
Terra=1
Unidades Astron.
Mercúrio
0.06
0.39
0
0
E-21
Venus
0.82
0.72
0
0
92
Terra
1.00
1.00
1
1
1
Marte
0.11
1.52
2
2
0.008
Ceres
0.00015
2.77
0
0
vapores de H2O
Júpiter
318
5.20
16
67
0.69
Saturno
95
9.58
18
61
1.48
Urano
14.6
19.23
15
27
1.19
Netuno
17.2
30.10
8
14
1.97
Plutão
0.0022
39.49
1
5
E-5
Haumea
0.0007
43.22
0
2
?
Makemake <0.0074
45.72
0
1
?
Eris
0.0028
67.78
0
1
?
Nota: o satélite de Saturno Titan tem pressão atmosférica 1.45 x maior do que a da Terra.
Enceladus, Tritão, Europa, Callisto, Ganymede e Rhea tem atmosfera ou traços.
A Lua cria uma atmosfera muito tênue, E-12 (de dia) a E-15 (de noite).
3. Anéis no Sistema Solar
Saturno, Júpiter, Urano e Netuno possuem anéis. O satélite
Rhea de Saturno parece ter anéis. Os asteróides Centauros
Chariklo e Chiron também tem anéis.
Os anéis brilhantes de Saturno (A e B) foram descobertos por
Galileo e descritos como orelhas. Observadores no mesmo
século com mais resolução e qualidade óptica viram os anéis.
Os anéis C e D foram vistos em séculos posteriores.
Saturno tem 38 anéis e fendas principais, que se separam em
milhares de pequenos anéis. 16 satélites interagem com anéis,
alguns gerando-os da poeira e gelo, ou absorvendo o material.
• Fig. 20: Anéis brilhantes A e B, além de C e D mais internos e fracos.
Sonda Cassini.
• Fig. 21: Lua Pan de Saturno e seu anel de densidade variável ocupa o
centro da fenda de Encke no Anel A. Sonda Cassini.
• Fig. 22: Lua Daphnis na fenda Keeler de Saturno e suas pertubações
verticais e sombras no Anel A. Sonda Cassini.
•
Fig. 23: O anel Anthe é um setor de anel de poeira. A pequena lua rochosa
Anthe é bombardeada por micrometeoritos liberando poeira. Porém não
consegue manter alimentado todo o anel. Também absorve poeira. Sonda
Cassini em Saturno.
•
Fig. 24: A lua Prometheus pastoreia o anel F, conservando sua massa, mas
causando fortes perturbações. Pandora (dir.) tem órbita mais interna. Cassini
em Saturno.
•
Fig. 25: Anéis de Saturno em imagem tomada contra o Sol pela sonda Cassini em 2013.
O anel E é gerado pela lua Enceladus (anel mais externo) e consiste de cristais de gelo
que se espalham desde Mimas atá Rhea. O anel de poeira G é interno ao E ,e é fino.
•
Fig. 26: O anel Phoebe de Saturno é o maior do sistema solar. O diâmetro é
20x maior do que o raio de Saturno. É tênue e foi descoberto no infravermelho
pelo telescópio espacial Spitzer. É feito de poeira e alimenta a face externa do
satélite Japetus. (esq.). A lua Phoebe e sua posição no anel é mostrada.
• Fig. 27: O anel E de Saturno, gerado por vulcões de água localizados no
satélite Enceladus. Sonda Cassini.
Mini-luas: Descobertas entre 2004 e 2008, são luas de núcleo muito
pequenas (40 a 400m) e juntam material. Capturam poeira em um halo ou
uma hélice, parecebndo satélites maiores.
•
Fig. 28 Minilua Bleriot no Anel A, a única seguida por vários anos pela sonda Cassini
descoberta em 2006. Em 2008 havia 150 mini-luas descobertas. A mini-lua tem
algumas centenas de metros. O que vemos é uma perturbação muito maior do que o
núcleo, com poeira e gelo em forma de hélice no anel.
• Anéis de Urano: pelo menos 18 anéis dentro de
98000km. Urano foi descoberto em 1786 por W.
Herschel e ele relatou a possibilidade de um anel.
Ele fez testes ópticos e documentou a orientação
dos anéis.
Hoje concorda-se com tal descoberta, seria o anel
brilhante épsilon, mas não oficialmente pois
Herschel não afirmou a descoberta.
15 satélites de Urano parecem interagir com os
anéis.
Os anéis são feitos principalmente de pedregulhos, e
teriam origem em prévias luas chocando-se.
Várias luas internas são hoje tão próximas que
gerarão certamente colisões e novos anéis.
•
Fig. 29: Os anéis externos de Urano U1 e U2 foram descobertos com o HST em 2005.
Vemos na parte interna, usando máscara, o anel épsilon, o mais brilhante. Todos são de
poeira e pedregulhos, exceto Epsilon que possui também uma fração de gelo de água.
• Anéis de Júpiter: 5 anéis de poeira, bastante
débeis. 4 deles estão dentro de 177400 km e
interagem com os satélites Metis, Adrastea,
Amalthea e Thebe, os quais os alimentam
por poeira gerada por choque de micro
meteoritos.
• Júpiter possui ainda um possível anel na
distância do satélite Himalia a 14.4 milhões
de km do centro do planeta, visto pela sonda
Cassini no seu caminho para Saturno.
•
Fig. 30: Desenho esquemático dos 4 anéis principais de Júpiter
(NASA/JPL/Cornell Univ.). São de poeira, exceto o anel Main que possui uma
fração de gelo de água. Os satélites são bombardeados por meteoritos,
alimentam os anéis por poeira, e também absorvem material.
• Anéis de Netuno: são muito débeis e
consistem principalmente de poeira. Há 7 anéis
dentro de 63000 km. Os satélites Naiad,
Thalassa, Despina e Galatea orbitam na região
dos anéis e vários interagem com os anéis.
Nos anos 80 o anel externo Adams tinha 4 arcos
brilhantes: Fraternité, Égalite 1 , Liberté
Courage. Há alguns anos Egalité se partiu em 2.
• Fig. 31: Anéis Adams e Leverrier de Netuno imageados pela Voyager 2 em
1989. Notar as sobredensidades no Anel Adams.
Os prováveis anéis do satélite Rhea de
Saturno foram obtidos pelo detector de elétrons
da sonda Cassini. Rhea apresentou quedas
simétricas de contagens, como fariam anéis em
ocultações. Como teste a lua vizinha Thetis não
apresentou tais quedas. Os anéis de Rhea seriam
poeira absorvendo elétrons.
Anéis de Chariklo: uma equipe internacional
liderada por brasileiros descobriu anéis no
asteróide Centauro Chariklo durante uma
ocultação de estrela em 2013. Os anéis foram
chamados de Oiapoque e Chuí. O diâmetro de
Chariklo é 254 km. Os anéis são próximos um ao
outro e tem 600 km de diâmetro.
•
Fig. 32 Representação artística (ESO) do asteroide Centauro Chariklo (254 Km) e seus
anéis de 600 km de diâmetro. Em 2015 foram anunciados 2 anéis no asteróide
Centauro Chiron, o qual tem 220 km de diâmetro e anéis com 324 km de diâmetro.
Nota: a observação tem trazido novos
conceitos, processos físicos e químicos antes
não pensados.
Até os anos 1990, a única maneira de criar
anéis era a de Edouard Roche, por desmanche
de satélites por efeitos de maré, no fim do
século 19.
Hoje observamos a criação e destruição de
anéis por e.g. colisões, bombardeio de micro
meteoritos e por crio vulcões produzindo gelo.
Vemos também a absorção e emissão destes
materiais.
4. Satélites
Hoje o sistema solar tem 432 luas detectadas. 181 são de Planetas e Planetas anões. O
número de luas de asteróides são 259 e superam em 40% as luas de planetas.
4.1 Satélites de Planetas e Planetas Anões
Os planetas tem 172 luas, e os planetas anões tem 9 (Tabela 1), com a lua descoberta em
2015 em Makemake. A maior lua de planetas é Ganymedes de Júpiter, seguida de
Titan de Saturno. A maior lua de planeta anão é Caronte de Plutão.
Formação:
(1) Os grandes satélites de Júpiter, Saturno e Urano parecem ter sido formados em discos
de acreção junto aos respectivos planetas.
(2) Titan recentemente foi apontado como exceção pela sua densa atmosfera dominada
por nitrogênio molecular e núcleo rochoso. Titan teria sido capturado por Saturno como
um Centauro, vindo do Cinturão de Kuiper.
(3) A Lua, Tritão de Netuno e provavelmente Caronte de Plutão teriam sido gerados em um
choque de um corpo com ~1/10 da massa do planeta, capturados, desmanchados em
um anel, e reconstituídos como satélites.
(4) Um grande número de satélites pequenos foram capturados especialmente nos halos
dos grandes planetas (também alguns internamente) em órbitas retrógradas ou menos
frequentemente diretas. Algumas capturas geraram vários satélites (grupos) por
choque com asteróides de massa comparável.
•
Fig. 33: Phobos lua de Marte parece ser feita de poeira e pedregulhos não
coesos, mantidos juntos pela gravidade. Está em distância crítica de Marte e pode
ser destruído e transformado em anel por efeitos de marés. NASA/JPL.
•
Fig. 34: Satélite interno Atlas de Saturno absorve poeira do anel e cria bojo ao
seu redor. Sonda Cassini.
•
Fig. 35: Satélite Io de Júpiter: possui mais de 400 vulcões, muitos em atividade. O
pequeno tamanho indicaria que seu interior seria frio e inativo. Porém, fortes
efeitos de maré de Júpiter geram calor interno. Para tanto a órbita necessita ser
mantida elíptica, o que é feito por alinhamentos sucessivos com oas luas vizinhas
Europa e Ganimedes. NASA/Galileo.
• Fig. 36: Europa, lua de Júpiter, possui crosta de gelo de água e possível
oceano interno. Poderia ser um local com vida. NASA/Galileo.
•
Fig. 37: Enceladus: efeitos de maré semelhantes aos que Io sofre, produzem calor
interno e atividade de vulcões e água. Cria um anel em Saturno de cristais de
gelo. Cassini.
•
Fig. 38: Superfície de Titan. O solo é feito de gelo de água, inclusive pedras de
gelo, e toda uma ´´hidrologia´´ de metano: lagos, mares, rios , deltas, riachos,
nuvens, chuvas e neblinas. Sonda Huygens/Cassini.
•
Fig. 39: Japetus, lua de Saturno. Tem uma cadeia equatorial continua de
montanhas, uma face coberta por poeira e outra por gelo. Phoebe e seu anel de
poeira alimentam uma face, e a outra face é por bombardeio de
micrometeoritos no gelo de Hyperion.
•
Fig. 40: Hyperion. Lua de Saturno dominada por gelo de água, craterada
profundamente. É muito pouco densa, pelos vazios craterados. Sonda Cassini.
• Fig. 41: Miranda é uma lua de Urano que parece ter sofrido fortes efeitos de
maré no passado. Notar o rico relevo de gelos. Voyager 2 em 1986.
•
Fig. 42: O satélite Tritão de Netuno tem órbita retrógrada (contrária às rotações
dominantes no sistema solar). É uma das maiores luas hoje no sistema solar, e
teria sido capturado com origem no centurão de Kuiper. Foi predito com as
imagens da Voyager 2 que seria semelhante a Plutão. A New Horizons basicamente
mostrou isso em 2015. Tanto Plutão como Tritão tem atividade na superfície.
• Fig. 43: Caronte, grande lua de Plutão descoberta em 1978, com rico relevo
e coberta principalmente de gelo de água. Sonda New Horizons.
•
Fig. 44: Nix, lua de gelo de água de Plutão descoberta em 2005. Nix e outras 3
luas similares foram descobertas com o HST, e vistas em 2014 pela New
Horizons.
•
Fig.45: Makemake e sua lua de 175 km descoberta em abril de 2015 com o HST.
Mais observações darão a órbita, e a massa precisa poderá ser determinada com
a 3ra Lei de Kepler.
Origem do planeta anão Haumea, suas luas e
asteróides associados
Haumea tem 2 luas, Hi íaka e Namaka com 300 e
170 km de diâmetro, respectivamente. Haumea tem
também 6 asteróides com órbitas similares.Uma
colisão há menos de 1 bilhão de anos explica que
Haumea seja um elipsóide de 3 eixos diferentes, e
tenha luas e asteróides associados.
4.2 Luas de Asteróides
Em 1993 a sonda Galileo imageou o asteróide Ida
de 53 km de eixo maior , descobrindo seu satélite
Dactyl de 1 km de diâmetro. Desde então
telescópios terrestres tem buscado satélites de
asteróides por imageamento direto , variações de
luz e outras técnicas.
• Fig. 46: O asteróide Ida e sua lua Dactyl (zoom). NASA/Galileo.
Em 2011 já tínhamos 205 luas e em 2014
chegamos a 259 luas de asteróides,
demonstrando como são usuais. Luas foram
descobertas em todas as classes de asteróides:
Cinturões de Kuiper e Principal, Centauros, Near
Earth Objects (NEOs), e Troianos de Júpiter.
Algumas luas são imensas, como Vanth de
Orcus e Ilmare de Varda, com quase 400 km de
diâmetro, e outras como luas de alguns NEOs
tem 50 a 100m de diâmetro. 10% a 20% dos
grandes asteróides de Kuiper possuem luas.
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5.Asteróides
São corpos menores no sistema solar, distribuídos em diferentes
classes por suas órbitas. Podem ser dominados por rocha e gelo na
parte externa (Kuiper e Centauros), ou por rochas na parte interna. Em
2016 já há 500000 asteroides catalogados, a maioria tem órbitas
calculadas, e com parâmetros e observações armazenados no Minor
Planet Center no Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA),
EUA. Há várias Instituições que observam com telescópios de grande e
pequeno campo, buscando por novos asteróides e cometas, e
melhorando as órbitas já calculadas. Calculam também órbitas de
cometas e satélites .
The Lincoln Near-Earth Asteroid Research (LINEAR) team
The Near-Earth Asteroid Tracking (NEAT) team
Spacewatch
The Lowell Observatory Near-Earth-Object Search (LONEOS) team
The Catalina Sky Survey (CSS)
The Campo Imperatore Near-Earth Object Survey (CINEOS) team
The Japanese Spaceguard Association
The Asiago-DLR Asteroid Survey (ADAS)
• Asteróides desconectados dos sistema solar interior: uns
poucos asteróides são extremamente distantes, estando com o
seu periélio e afélio além do cinturão de Kuiper. Um exemplo
é Sedna, o maior da classe, com periélio de 76.1 UA e afélio
936 UA. Seu período é de 11400 anos, e o diâmetro 995 km. É
forte candidato a planeta anão.
• Asteróides de Kuiper: São asteróides no cinturão de Kuiper. Em
2016 mais de 2000 já foram descobertos. Os maiores tem da
ordem de 1500 km de diâmetro. Há 250 plutinos com órbitas
em ressonância 3:2 com Netuno, como Plutão. Os cubewanos
são os mais numerosos e são a parte mais densa do cinturão.
Os de disco espalhado são os asteróides mais externos e raros,
e é em geral uma fase entre Kuiper e Centauro. Entre os
grandes asteróides de Kuiper 10 a 20% tem luas. Há 100-150
asteroides de Kuiper que esperam dados mais precisos, e
podem ser planetas anões no futuro com diâmetro maior do
que 500 km. A massa total do cinturão de Kuiper é da ordem da
de Urano, ou 15 massas terrestres.
•
Fig. 47: Desenho artístico do asteróide de Kuiper plutino Orcus com 900 km de diâmetro,
e sua lua Vanth, comparados com o México e Sul dos EUA. É um dos maiores asteróides e
deve ser classificado no futuro como planeta anão. Google Earth. Em 2016 há 259 luas de
asteróides, mais do que de planetas e planetas anões com 182.
• Centauros: são asteróides entre Júpiter e
Netuno, que parecem ter tido a órbita decaída
desde o disco espalhado de Kuiper. Há hoje
mais de 300 centauros. Chariklo tem 2 anéis e
um diâmetro de 248 km. Chiron também
parece ter anéis e tem 233 km de diâmetro.
Chiron e outros Centauros desenvolvem
comas assim como cometas, especialmente
no periélio. Os Centauros são frequentemente
perturbados por planetas jovianos, podendo
ser expulsos do sistema solar, ou mandados
para órbitas internas.
• Damocloides: são asteroides de órbitas muito
excêntricas e períodos como o do cometa de
Halley. Alguns são retrógrados como o cometa
de Halley. Parecem ser cometas da família de
Halley que perderam os voláteis nos inúmeros
periélios, não desenvolvendo caudas nem
comas. Há hoje 96 Damoclóides. observados.
Exemplo são Damocles e Dioretsa. A classe é
tão complexa que ´´Dioretsa´´ é o inverso de
´´asteróid´´.
• Troianos de Júpiter e outros planetas: Os
Troianos são asteróides que se acumulam nos
pontos de Lagrange L4 e L5. Estas bacias de
potencial ocorrem pela superposição dos
potenciais gravitacionais solar e do planeta.
Júpiter tem 7000 Troianos a 60 graus adiante e
atrás na órbita. Marte tem 7 Troianos, Netuno
9, a Terra 1 em L4, e Urano tem 1. Venus
tem um Troiano temporário, enquanto Vesta e
Ceres tem vários.
• Asteroides do Cinturão Principal: os asteróides do
cinturão Principal estão entre Marte e Júpíter. São
relativamente próximos da Terra e mais fáceis de estudar
do que os asteróides distantes. São rochosos, em 3 classes
principais: rochosos, metálicos e carbonáceos. Há várias
subclasses. Vesta é rochoso e Pallas é carbonáceo. São os
maiores com 500 km de diâmetro. Hygiea, o 3ro, é
irregular com eixos entre 500 e 300 km e é carbonáceo.
No ano 2000 já havia 100000 asteroides do cinturão com
órbitas calculadas. Há 200 maiores do que 100 km. A
massa total no cinturão Principal é só 4% da massa da Lua.
Os 4 grandes asteróides são 2% da massa da Lua. Boa
parte do cinturão primitivo foi expulsa por Júpiter, e
ressonâncias tem moldado a distribuição radial do
cinturão. As fendas de Kirkwood são ressonâncias atuais
com Júpiter. Os asteróides e meteoritos tem bolhas de
gases e água aprisionados no início do sistema solar e hoje
contam a evolução inicial.
•
Fig. 48: Ainda hoje ocorrem colisões entre asteróides no cinturão de Principal.
Houve 3 casos nos anos 2000. Produzem caudas de poeira semelhantes
superficialmente às de cometas. Porém são pura poeira e pedregulhos. Elas
alimentam em poeira o plano do Sistema Solar. P2013/5 apresentou multi
caudas de poeira. HST.
• Famílias e grupos de asteróides: muitos
asteróides partilham parâmetros orbitais
semelhantes como semi eixo maior,
excentricidade e inclinação. Em gráficos destas
quantidades podemos agrupá-los. Grupos são
só dinâmicos, enquanto famílias envolvem
também propriedades de superfície como
albedo e classe. Flora com 600 membros é a
maior família do cinturão Principal. Outras
grandes são Eunoma, Korona, Eos, e Themis
(um asteroide principal nomeia a família).
• Near Earth Asteroids: Os NEA parecem vir em boa parte
do cinturão Principal,estabelecendo-se em órbitas mais
internas estima-se que 90% dos NEA já foram
observados para tamanhos maiores que 1 km. Os NEAS
são hoje 10000 asteroides. Há um grande interesse em
montar um sistema de observação e defesa da Terra
para corpos maiores que 20m. Os principais grupos de
NEAS são:
•
Amores: são NEAS desde a órbita de Marte até mais
internos, mas para fora da órbita da Terra. O primeiro
descoberto foi Amor e o mais conhecido é Eros (1ro
asteróide onde uma sonda pousou). A maioria cruza a
órbita de Marte, e as 2 luas Phobos e Deimos podem ter
sido capturadas entre os Amores.
•
Apollos: são NEAs com órbitas externas e próximas
às da Terra. Passam ligeiramente externas à Terra e
muitas vezes ficam muito próximos ao nosso planeta
podendo colidir. O primeiro NEA descoberto foi Apollo,
e o maior é Sysyphus com 10 km.
• Fig. 49: Asteróide NEA da classe Apollo chamado Itokawa com dimensões
535m x 294m x 209m. A sonda japonesa Hayabusa imageou e
´´aterrisou´´ no cometa em 2005. Crédito JAXA Hayabusa.
• Atens: são os NEA mais perigosos, Aten foi o
primeiro descoberto em 1976. Há 100 Atens
considerados potencialmente perigosos. Tem
semieixo maior menor do que 1 UA. O afélio
deve ser maior do que 0.983 UA. Os Atens
podem ser muito excêntricos, logo podem ir
longe da órbita da Terra. São 6% dos NEAs.
•
Apoheles : são 16 NEAS sempre interiores
à órbita da Terra.
6. Cometas
Cometas são corpos menores do sistema solar com
um núcleo de gelo de água,poeira e rochas. Ao
aproximar-se do Sol geram a coma, e as caudas de íons
e poeira. Os tipos de órbitas determinam a sua origem
em classes. No fim de 2014 havia 5253 cometas
catalogados, sendo mais da metade descobertos com o
telescópio Solar SOHO. O número de cometas
detectados é 100x menor do que o de asteróides.
Classes de Cometas:
(i) Oort: estes cometas da Nuvem de Oort provém de
partee muito externas do sistema solar, às vezes
interestelar. A órbita é hiperbólica, entram uma vez no
sistema solar e saem da mesma forma, se não forem
perturbados pelos grandes planetas.
•
Fig. 50: Cometa McNaught foi o último cometa brilhante visto a olho nu em Porto
Alegre, em Janeiro de 2007. No crepúsculo a coma estava próximo do horizonte
e a cauda era vista a 60 graus de altura angular. Perto do periélio em 7 de
janeiro de 2007 foi visível em pleno dia. Imagem em Paranal, Chile. Crédito:
ESO/Sebastian Deiries http://www.eso.org/public/images/mc_naught34/
(ii) Cometas Centauros: são asteróides com origem no cinturão de
Kuiper (compostos principalmente por gelo de água e rocha) cujas
órbitas decaíram para entre os 4 planetas massivos. Alguns como
Chiron desenvolveram caudas como cometas. Parecem geram os
cometas de curto período.
(iii) Longo Período: cometadas com órbitas excêntricas, as vezes quase
parabólicas com períodos de 200 a milhares de anos. Muitos são
cometas de Oort que já passaram uma vez na parte interna do
sistema solar e foram perturbados pelos grandes planetas,
adquirindo as presentes orbitas ligadas ao sistema solar.
(iv)Curto Período: cometas principalmente originados de Centauros
jogados pelos grandes planetas na parte interna do sistema solar.
Períodos menores do que 200 anos. Inclui o Cometa de Halley que
tem periélio a cada 76 anos e vai além de Netuno. A grande
maioria, porém está entre Venus e Júpiter com períodos entre 3 e
10 anos. A população se renova numa escala de 10000 anos. Estes
cometas são desgaseificados, e tornam-se ´´asteroides´´ pela falta
de gelo e gás. Muitos Near Earth Asteroids foram cometas no
passado. Órbitas elípticas e quase circulares são comuns.
•
Fig. 51: Em torno de 10 missões de sondas imagearam de muito próximo o núcleo
de cometas. Metade delas detectaram dois lóbulos unidos, o que sugere que
colisões suaves eram comuns nos cinturões. No Cometa de curto período 67/P
Churyumov –Gerasimenko pousou a sonda exploratória Philae vindo da sonda
mãe Rosetta. Paredes de gelo no cometa impediram que o laboratório na Philae
fosse alimentado pelos painéis solares. Philae apenas teve tempo para analisar o
Deutério no gelo, e detectar algumas moléculas como Acetona. Rosetta/ESA.
(v) Arranha-Sol: tem periélio muito próximo do Sol,
e se vaporizam na passagem, exceto se forem
massivo. Os arranha sol massivos sobrevivem ao
periélio, produzindo alguns dos cometas mais
espetaculares, a cada 50-100 anos, como
descoberto por Heinrich Kreutz. O último
brilhante visto no hemisfério sul foi o cometa
Lovejoy em 2011. Os pouco massivos da família
de Kreutz, semanalmente são vistos em
telescópios solares com coronógrafo como o
SOHO, STEREO A e B. Mais da metade (3000) dos
cometas conhecidos foram detectados com o
telescópio SOHO. passagens
6.1 Origem da Água na Terra
Uma parte considerável da água na Terra seria
originária em vulcanismo, de rochas com minerais
hidratados. Foi pensado nas últimas décadas que
cometas teriam trazido grande parte da água, pela sua
composição com muito gelo, por quedas no planetas.
Porém a razão D/H (deutério/hidrogênio) em 4
cometas bem medidos, Halley, Hyakutake, Hale-Bopp e
principalmente 67P/Churyumov-Gerasimenko, é 2x a
dos nossos oceanos. Os meteoritos condritos tem a
mesma razão D/H do que nos oceanos terrestres,
sugerindo que a destruição de asteróides em choques
na Terra teria gerado nossa água. Com os bombardeios
de asteróides de 3.8 a 4.1 bilhão de anos , boa parte da
água já estaria presente na evolução inicial do
planetas.
7. Estrutura Interna de Planetas, Planetas Anões e Satélites
Novas luas descobertas e passagens de sondas produzem massas precisas pela 3ra Lei
de Kepler. Tamanhos de objetos são melhorados com imageamento de sondas. O erro
no diâmetro de Plutão obtido pela New Horizons é devido a variações do relevo em
vez de outras fontes de incertezas. Estes dados e inferências sobre a composição
química geram a estrutura interna do objeto, por meio do equilíbrio hidrostático.
A Terra possui um núcleo de Fe/Ni sólido no centro e líquido ao redor. O Manto é líquido e
crosta com placas tectônicas é sólida.
Venus possui um núcleo provavelmente em parte líquido, um manto já sólido, esfriado
pelas colisões com antigos vizinhos que levaram seu eixo de rotação a inverter-se. A
crosta é sólida sem placas tectônicas.
Mercúrio possui dominantemente um núcleo metálico, e manto e crosta sólidos.
Marte tem um núcleo metálico, e manto e crostas sólidos.
Júpiter e Saturno tem atmosfera extensa, uma camada espessa de gelos , e uma camada
de hidrogênio metálico. Parece haver um núcleo rochoso.
Urano e Netuno tem atmosfera densa e extensa, uma camada de gelos de água, amônia e
metano. O núcleo parece ser rochoso e de Ni/Fe.
Superterras: não há exemplo no sistema solar. São de 2 a 7 massas terrestres, devem
possuir núcleos metálicos. As crostas são líquidas de lava, não adequadas para a vida.
Plutão tem uma atmosfera transiente como um cometa, crosta de gelo de água e outros,
uma camada de nitrogênio congelado sobre um manto de gelo de água, e um grande
núcleo rochoso.
Ceres tem núcleo rochoso, manto de gelo de água e crosta de poeira e gelo craterada.
Ganimedes, Europa, Io e a Lua tem núcleos metálicos
O núcleo de Calisto é dominante, rochoso e de gelo. O núcleo de Titan é rochoso.
8.Campos Magnéticos
Campos magnéticos nos planetas surgem de cargas móveis, pela rotação ou outros
movimentos. Surgem em regiões como a camada de H metálico em Júpiter e Saturno
ou em mantos de lava de planetas terrestres. Também de núcleos metálicos líquidos.
Terra: campo em dipolo global a 11 graus do eixo de rotação.
Venus: não tem campo magnético interno. O campo surge da interação entre o plasma
solar e a alta atmosfera densa.
Mercúrio: eixo de rotação global alinhado com a rotação. Muito fraco em relação ao
terrestre.
Marte: dipolos locais através do planeta. O manto esfriou e anulou o campo global.
Júpiter : campo em dipolo global a 10 graus do eixo de rotação. Mais forte que o campo
terrestre.
Saturno: campo global alinhado com o eixo de rotação. Intensidade semelhante à da
Terra.
Urano: dipolo a 59 graus do eixo de rotação. Perturbação originada certamente da
absorção de grandes corpos do cinturão de Kuiper no início do sistema solar. Tais
colisões deitaram o eixo de rotação.
Netuno: dipolo a 47 graus do eixo de rotação. Da mesma forma que Tritão foi capturado
desde on cinturão de Kuiper, Netuno deve ter absorvido 1 ou mais asteróides
grandes primitivos.
Ganimedes: única lua no sistema solar com campo magnético. Campo global.
Io: o material expelido por vulcões de Io produz um toro magnético na magnetosfera de
Júpiter.
9. Interiores
Os satélites e sondas permitem calcular as massas dos
planetas com a 3ra lei de Kepler. Volumes podem ser
obtidos por imagens diretas, entre outros métodos.
Com suposições sobre a composição química podemos
estimar a estrutura interna do planeta ou satélite pelo
equilíbrio hidrostático. Os planetas mais massivos
Júpiter e Saturno parecem ter núcleos rochosos.
Netuno e Urano resultam ter núcleos rochosos
metálicos. Todos os planetas terrestres tem núcleos
metálicos, assim como a Lua, Io, Europa e Ganimedes.
Calisto e Titan tem núcleos rochosos, assim como os
planetas anões Ceres e Plutão. O asteróide Vesta do
cinturão Principal foi orbitados por vários meses pela
sonda Dawn, e seu núcleo resultou metálico. Vesta oi
certamente um planetesimal que não cresceu, e
tampouco atingiu a esfericidade pela baixa massa.
• Fig. 52 Planeta Anão Ceres e seu núcleo rochoso. NASA/JPLCaltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
.
•
Fig. 53 Lua de Júpiter Europa e seu núcleo metálico. A incerteza nos cálculos da estrutura mostram ou um
manto de gelo de água, ou um oceano interno de água líquida. Latitude0116 at English Wikipedia
• Fig. 54 O asteróide Vesta com seu núcleo metálico e manto rochoso, e crosta
também rochosa NASA/JPL-Caltech