Mini-Curso Livre de Sistema Solar

Mini-Curso Livre de
Sistema Solar
Nuno Peixinho
1
Grupo de Astrofísica da Universidade de Coimbra
Observatório Astronómico da Universidade de Coimbra
Departamento de Matemática
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Universidade de Coimbra
O Sistema Solar
Classificação
Planetas Telúricos (Terrestres
ou Interiores);
Planetas Gigantes (Jovianos,
Gasosos, ou Exteriores);
Satélites Naturais (Luas);
Sistema Plutão-Caronte;
Cintura de Asteróides;
Cometas;
Centauros;
Troianos;
Objectos Trans-Neptunianos
(Cintura de Kuiper);
Nuvem de Oort.
Dinâmica
O Sistema Solar tem uma estrutura
bastante regular:
Os planetas orbitam no sentido directo
(anti-horário);
Movem-se em órbitas co-planares (com
excepções);
A distância ao Sol de cada planeta é
mais ou menos o dobro da distância do
anterior (lei de Titius-Bode - errada!)
Leis de Kepler
A dinâmica do Sistema Solar rege-se
pelas leis de Kepler:
As órbitas são elipses, sendo o Sol
um dos focos;
P2[anos]=a3[AU] : 1 AU≈150000000 km;
Áreas iguais são percorridas em
tempos iguais (relativamente ao foco,
i.e. Sol).
Formação do Sistema Solar
Modelo de Acreção Colisional (Evolucionista) [Schmidt,
Levin, Safronov, Wetheril (1944-92)]
Há 4.6 Ga, uma nuvem de gás e poeiras de M≈2-3 MSol, D≈100 AU, T≈25
K, colapsa e aquece;
No seu centro forma-se o Sol;
Diferentes grãos sólidos condensam-se, em função da distância ao Sol
(i.e. temperatura);
Os grãos aglomeram-se (acreção):
primeiro apenas por colisão (tipo pano do pó);
depois também por atracção gravítica (tipo aspirador);
até que o interior dos grandes corpos aquece; estes diferenciam-se;
e dá-se origem aos planetas.
Tudo em menos de 100 Ma!
Os Planetas Telúricos
Estrutura Interna
Núcleos metálicos.
Mantos de silicatos.
Mercúrio
Parâmetros Orbitais
a
= 0.387 AU
q
= 0.307 AU
Q = 0.467 AU
e
= 0.205
i
= 7.0°
Ptra = 87.969 d
Missões: Mariner 10 (NASA) - 1974; Messenger (NASA) - 2008; BepiColombo
(ESA, Japão) - 2013
Mercúrio
Parâmetros Físicos
D = 4879 km (0.383 D )
M = 3.30x1023 kg (0.055 M )
ρ = 5.4 g/cm3
Prot = 58.646 d (3:2)
Eixo≈ 0.01°
Tmáx
Tmed
Tmin
= 700 K
= 440 K
= 90 K
Mercúrio
Atmosfera
Patm = 5x10-13 kPa
Potássio Sódio Oxigénioato
Hélio Oxigéniomlc
Azoto
CO2
Água Hidrogénio
31.7%
24.9%
9.5%
5.9%
5.6%
5.2%
3.6%
3.4%
3.2%
Ressonância Orbital
Mercúrio tem 3 “dias” em 2 “anos”.
Fricção entre o núcleo e o manto levaram
a tal configuração?
Improvável.
A evolução caótica da sua órbita levou-o
a excentricidades maiores onde a
probabilidade de captura na ressonância
3:2 é de 55.4% (Correia & Laskar, 2004).
Precessão do Periélio
O periélio de Mercúrio avança 43
segundos de arco por século.
Mecânica Newtoniana (Clássica) não
explica tal fenómeno.
Por efeitos relativistas a massa é maior
no periélio (uma vez que a velocidade é
maior) resultando num “efeito catapulta”.
Importante verificação da Teoria da
Relatividade.
Superfície
Superfície bastante semelhante
à da Lua.
Formou-se de um impacto entre
dois protoplanetas há 4.6 Ga.
Cerca de 1.6x1019 kg da matéria
ejectada deve ter atingido a
Terra (Horner et al., 2006).
O arrefecimento do planeta
levou à sua contracção em 1-2
km criando uma rede de
fracturas.
Pode existir água (gelo) nos
pólos!
Fractura
Cratera de Impacto
A Bacia Caloris
Cratera de 1300 km de diâmetro.
Reactivou o vulcanismo há 3.8 Ga.
A onda de choque criou um terreno
rugoso e fracturado nos antípodas.
Antípodas
Bacia
Vénus
Parâmetros Orbitais
a
= 0.723 AU
q
= 0.718 AU
Q = 0.728 AU
e
= 0.007
i
= 3.4°
Ptra = 224.7 d
Missões: Mariner 2, 5 (NASA) - 1962, 67; Venera 4-16 (URSS) - 1967-83;
Pioneer-Venus 1,2 (NASA) - 1978, Magellan (NASA) - 1989; Venus Express
(ESA) - 2006.
Vénus
Parâmetros Físicos
D = 12104 km (0.945 D )
M = 4.87x1024 kg (0.815 M )
ρ = 5.2 g/cm3
Prot = -243.0 d (retrógrado)
Eixo= 2.64°
Tmáx
Tmed
Tmin
= 773 K
= 737 K
= 228 K (nas nuvens)
Vénus
Atmosfera
Patm = 9.3 MPa
CO2
Azoto
Argon
Água SO2
96.5%
3.5%
0.007%
0.002%
0.015%
Estranha Atmosfera
Efeito de estufa intenso.
Iniciou-se no primeiro Ga com a
intensa actividade vulcânica:
Água libertada fotodissocia-se;
H escapa, O é absorvido pela
crosta;
Elevada T desgasifica rochas
libertando CO2.
Chove ácido sulfúrico e... cheira a
ovos podres.
Estranha Rotação
A rotação e translacção de Vénus estão sincronizadas de tal forma que
quando está na fase mais próxima da Terra mostra sempre a mesma
face.
Aparentemente, é apenas coincidência.
Com ventos de 300 km/h no topo das nuvens a atmosfera gira mais
depressa que o planeta.
A sua rotação retrograda deve-se a:
ou uma inversão de 180° do eixo de rotação;
ou ter desenvolvido uma rotação retrógrada sem inverter o eixo
(Correia & Laskar, 2001).
Superfície
Primeiras imagens em 1975, com as sondas Venera (URSS), e primeira
altimetria em 1978 com a Pioneer-Venus 1 (NASA).
Último grande estudo em 1989-94 com a sonda Magalhães (NASA).
Neste momento temos lá a Venus Express (ESA).
Superfície
Cerca de 90% tem menos de 800 Ma
Existiu um intenso recobrimento
há 650 Ma.
Superfície relativamente plana: apenas 2% acima dos 2000 m.
Grande número de vulcões (inactivos?):
D>20 km
N 400
D<2 km
N 100000
Não aparenta possuir actividade tectónica.
Poucas crateras de impacto (N 900), não existindo crateras com D<2 km.
Formas
Crateras de impacto.
Formas vulcânicas:
Coronae: estruturas
concêntricas de 100-500
km.
Novae: estruturas radiais
de 50-300 km.
Aracnóides: estruturas
em forma de teia de 50
-200 km.
Panquecas: cúpulas
fracturadas de 20-30 km.
Grandes canais e
escoamentos de lava.
Formas
Crateras de impacto.
Formas vulcânicas:
Coronae: estruturas
concêntricas de 100-500
km.
Novae: estruturas radiais
de 50-300 km.
Aracnóides: estruturas
em forma de teia de 50
-200 km.
Panquecas: cúpulas
fracturadas de 20-30 km.
Grandes canais e
escoamentos de lava.
Formas
Crateras de impacto.
Formas vulcânicas:
Coronae: estruturas
concêntricas de 100-500
km.
Novae: estruturas radiais
de 50-300 km.
Aracnóides: estruturas
em forma de teia de 50
-200 km.
Panquecas: cúpulas
fracturadas de 20-30 km.
Grandes canais e
escoamentos de lava.
Formas
Crateras de impacto.
Formas vulcânicas:
Coronae: estruturas
concêntricas de 100-500
km.
Novae: estruturas radiais
de 50-300 km.
Aracnóides: estruturas
em forma de teia de 50
-200 km.
Panquecas: cúpulas
fracturadas de 20-30 km.
Grandes canais e
escoamentos de lava.
Formas
Crateras de impacto.
Formas vulcânicas:
Coronae: estruturas
concêntricas de 100-500
km.
Novae: estruturas radiais
de 50-300 km.
Aracnóides: estruturas
em forma de teia de 50
-200 km.
Panquecas: cúpulas
fracturadas de 20-30 km.
Grandes canais e
escoamentos de lava.
Formas
Crateras de impacto.
Formas vulcânicas:
Coronae: estruturas
concêntricas de 100-500
km.
Novae: estruturas radiais
de 50-300 km.
Aracnóides: estruturas
em forma de teia de 50
-200 km.
Panquecas: cúpulas
fracturadas de 20-30 km.
Grandes canais e
escoamentos de lava.
Terra
Parâmetros Orbitais
Parâmetros Físicos
Atmosfera
a
= 1.000 AU
D = 12745.6 km
Patm = 100 kPa
q
= 0.983 AU
M = 5.97x1024 kg
Q = 1.017 AU
ρ = 5.5
e
= 0.017
Prot = 1.0 d
i
= 0.0°
Eixo= 23.44°
Ptra = 365.26 d
Tmáx
Tmed
Tmin
g/cm3
= 331 K
= 287 K
= 185 K
Azoto
Oxigénio Argon
CO2
77%
21%
1%
0.04%
Lua
Parâmetros Orbitais
(em torno da Terra)
aT = 384400 km
qT = 363104 km
QT = 405696 km
eT = 0.055
ie = 5.1°
Ptra = 27.3 d (29.5 d)
Missões: Luna 3-24 (URSS) - 1959-76 (+Lunokhod 1,2); Zond 3-8 (URSS) - 1965
-70; Ranger 7-9 (NASA) 1964-65; Lunar Orbiter 1-5 (NASA) - 1966-67;
Surveyor 1,3,5-7 (NASA) - 1966-68; Apollo 11-17 (NASA) - 1969-72; Lunar
Prospector (NASA) - 1998; Clementine (NASA) - 1994; Smart-1 (ESA) - 2003.
Lua
Parâmetros Físicos
Atmosfera
D = 3475 km (0.237 D )
Patm = 3x10-13 kPa
M = 7.34x1022 kg (0.012 M )
ρ = 3.3
g/cm3
Prot = 27.3 d (síncrona)
Eixo= 1.54°
Tmáx
Tmed
Tmin
= 396 K
= 250 K
= 40 K
Hélio Néon Hidrogénio
Argon
25%
25%
23%
20%
Tch...!
NãoDoutor
vale a
Ói! Aqui
pena, ninguém
liga
Schmitt,
o últimome
homem
nenhuma.
na Lua.
Superfície
Grande assimetria entre a face visível
e a face oculta.
Não se observam cones vulcânicos.
Elevado número de crateras de
impacto:
Crateras simples: D<10-15 km.
Crateras complexas: D>10-15 km.
Bacias: D>200-300 km.
Cratera Complexa
Superfície
Grande assimetria entre a face visível
e a face oculta.
Não se observam cones vulcânicos.
Elevado número de crateras de
impacto:
Cratera Simples
Crateras simples: D<10-15 km.
Crateras complexas: D>10-15 km.
Bacias: D>200-300 km.
Bacia
Superfície
Terrae (84%): terras altas brilhantes,
com 4.4 Ga, e muito craterizadas.
Maria (16%): planícies escuras, com 3.1
-3.9 Ga, de lava solidificada.
Dorsa: “rugas” devido arrefecimento e
contracção de lava.
Rima: “rios” de lava ou fendas de
abatimentos.
A sonda Clementine detectou gelo de
água ( 1 km3).
Trouxeram-se 382 kg de amostras
lunares.
Rima
Mare
Dorsa
Terrae
Superfície
Terrae (84%): terras altas brilhantes,
com 4.4 Ga, e muito craterizadas.
Maria (16%): planícies escuras, com 3.1
-3.9 Ga, de lava solidificada.
Dorsa: “rugas” devido arrefecimento e
contracção de lava.
Rima: “rios” de lava ou fendas de
abatimentos.
A sonda Clementine detectou gelo de
água ( 1 km3).
Trouxeram-se 382 kg de amostras
lunares.
Rima
Rima
Mare
Dorsa
Terrae
Formação da Lua
Há 4.533 Ga, a Terra colidiu com um objecto (Theia) de cerca de
metade do seu diâmetro (Canup & Asphaug, 2001).
No impacto a Terra “engoliu” o núcleo do impactor, formando-se a Lua
dos detritos em apenas 1-100 a.
Marés
A Lua provoca as marés na Terra mas
a Terra roda mais depressa que a
órbita da Lua
Aceleração e afastamento da Lua,
e desaceleração da Terra.
A Lua afasta-se 38 mm/a
O dia terrestre aumenta 15 μs/a.
Marte
Parâmetros Orbitais
a
= 1.523 AU
q
= 1.381 AU
Q = 1.666 AU
e
= 0.093
i
= 1.9°
Ptra = 686.7 d
Missões: Mariner 4,6,7,9 (NASA) - 1964-71; Viking 1,2 (NASA) - 1975; Mars 3,6,7
(URSS) - 1971-73; Phobos 2 (URSS) - 1988; Mars Global Surveior (NASA) - 1996;
Mars Pathfinder (NASA) - 1996 (+Sojourner); Mars Odyssey (NASA) - 2001;
Mars Express (ESA) - 2003; “Rovers” Spirit e Opportunity (NASA) - 2003; Mars
Reconaissance Orbiter (NASA) - 2005; Phoenix Mars (NASA) - 2007.
Marte
Parâmetros Físicos
D = 6805 km (0.533 D )
M = 6.42x1023 kg (0.107 M )
ρ = 3.9 g/cm3
Prot = 1.025 d
Eixo= 25.19°
Tmáx
Tmed
Tmin
= 293 K
= 210 K
= 133 K
Marte
Atmosfera
Patm = 0.7-0.9 kPa
CO2
Azoto
Argon
Oxigénio CO
Água 95.3%
2.7%
3.6%
0.13%
0.07%
0.03%
Mais Sobre a Atmosfera
A atmosfera é demasiado ténue para
manter o calor.
Em 2004 o Mars Express Orbiter
confirmou a presença de Metano.
Existem fontes de gás (e.g. vulcões,
impactos de cometas ou... microorganismos)?
No Inverno 25% da atmosfera
condensa-se em gelo seco (CO2).
Quando sublima gera ventos de 400
km/h, criando enormes nuvens.
Mais Sobre a Atmosfera
A atmosfera é demasiado ténue para
manter o calor.
Em 2004 o Mars Express Orbiter
confirmou a presença de Metano.
Existem fontes de gás (e.g. vulcões,
impactos de cometas ou... microorganismos)?
No Inverno 25% da atmosfera
condensa-se em gelo seco (CO2).
Quando sublima gera ventos de 400
km/h, criando enormes nuvens.
Superfície
Grande disparidade de formas.
Montanhas: cobrem cerca de 2/3
da superfície.
Planícies: cobrem cerca de 1/3 da
superfície.
Crateras de impacto
muitas
indiciam transporte de material
fluido.
Vales e canais.
Vulcões
Região dos Montes Tharsis:
M. Olympus: Alt=27km, D=90 km,
Sup. Basal=500000 km2.
M. Arsia, M. Pavonis, M Ascraeus.
Alba Patera.
Região do Elysium Planitia:
Elysium Mons, Hecates Tholus,
Albor Tholus.
Vulcões
Região dos Montes Tharsis:
M. Olympus: Alt=27km, D=90 km,
Sup. Basal=500000 km2.
M. Arsia, M. Pavonis, M Ascraeus.
Alba Patera.
Região do Elysium Planitia:
Elysium Mons, Hecates Tholus,
Albor Tholus.
Vales e Canais
Grande número de vales e canais,
provavelmente de origem fluvial,
principalmente no hemisfério Sul.
Vales Marineris: 10000 km2
tem origem fluvial!
Não
Água
Em 2004 os rovers Opportunity e Spirit
detectam hematite e goethite.
Estes minerais apenas se formam na
presença de água.
Nem todos os canais foram leitos de rios.
Água
Em 2004 os rovers Opportunity e Spirit
detectam hematite e goethite.
Estes minerais apenas se formam na
presença de água.
Nem todos os canais foram leitos de rios.
Vida
Em 1996, a NASA anuncia
a descoberta possíveis
fósseis de organismos
unicelulares num meteorito
de origem marciana
(ALH84001).
Porém, em 2005, a maioria
dos especialista crê que se
trata de uma contaminação
terrestre.
Satélites de Marte
Phobos: 28x22x16 km, d=9377 km.
Deimos: 16x12x10 km, d=23460 km.
Phobos perde 9 cm de altitude por ano. Em 40 Ma desintegrar-se-á.
Cenas do próximo
episódio