Astronomia e Astrofísica E.E. “Profª Alcina Moraes Salles” Professores: Bruno Lima Emidio Leda

O que é Astronomia? Astronomia é a ciência que estuda os astros. Nesta categoria de astros, se enquadram, desde cometas, satélites (luas), planetas, até estrelas, galáxias, e o próprio universo. É uma ciência importante pois nos ajuda a compreender como nosso universo está organizado, e apresenta pistas da formação do nosso próprio planeta. Questões como “Como a água chegou ao nosso planeta?”, “Como a vida surgiu?”, “Como viajar por outros planetas”, “Há vidas em outros lugares”, a astronomia pode ajudar a resolvê-las.

O que é Astrofísica? É a ciência responsável pelos estudos de física, química, biologia no ramo espacial. É através desta ciência que podemos simular como estrelas, planetas, galáxias, buracos negros e outros objetos estelares se comportam. Através deste ramo podemos entender a composição de partículas elementares (bósons, átomos, prótons, neutrinos, nêutrons, elétrons, quarks, e etc.). Seus estudos levaram a descobertas incríveis nos últimos anos. Dentre as descobertas, as estrelas-binárias, novos planetas, bósons, buracos negros, entre outros fenômenos.

Origem do Universo O Universo é o conjunto de todo o espaço conhecido e desconhecido, que reúnem os todos os objetos espaciais. O universo foi gerado a cerca de 14 bilhões de anos, em uma explosão denominada como “Big-Bang”. Esta explosão decorre da concentração de toda a massa do universo em um único ponto, quente e denso, que levou ao ponto que toda ela explodiu e se propagou em alta velocidade, lançando partículas elementares, que mais tarde por força da gravidade, juntou-as formando as galáxias, as nebulosas, planetas, estrelas, e outros astros.

Big Bang: Início

Universo: Objetos Astronômicos No universo, existe uma série de objetos astronômicos de várias ordens de grandeza, vejamos alguns deles: - Asteróides: Em geral, menores que 1 Km. - Planeta-Anão: Planetoides pequenos, com diâmetros menores que 2500 km, e que não tenham suas órbitas influenciadas por outros corpos. - Planeta: Corpos celestes, que orbitam em torno de uma estrela, com gravidade suficiente para superar as forças gravitacionais de outro corpo. Suas órbitas, não se interceptam a de outros planetas. Os seus tamanhos e massas são variáveis, podendo ser maiores inclusive do que algumas estrelas. - Estrelas: Astros capazes de emitir luz, com grande força gravitacional, capaz de prender outros astros a sua volta, inclusive outras estrelas. As estrelas, podem ser divididas conforme sua massa, veja no próximo slide.

Estrelas: Divisão

Evolução das Estrelas

Estrelas de Pequena Massa As estrelas de pequeno porte (0,08 – 0,45Msol), são estrelas que queimam muito lentamente seu combustível, onde fusionam H (Hidrogênio), e transformando em He (Hélio). Quando o núcleo é transformado em He, ele precipita as camadas externas para o núcleo, pela pressão gravitacional, cresce formando uma Gigante Vermelha, que logo depois colapsa, transformando-se em uma Anã Branca, com núcleo de He. Para sair da sequência principal, uma estrela dessa ordem demoraria cerca de 3 trilhões de anos.

Estrelas de Massa Intermediária São estrelas que tem massas que variam de 0,45 à 8Msol, que queimam o seu combustível mais rapidamente, onde fusionam H em He em seu núcleo, se transformando uma Gigante Vermelha, e saindo da Sequência Principal. Depois fusionam He em C (Carbono), e posteriormente em O (Oxigênio), e se transformam em uma Super Gigante Vermelha. Quando fazem esta fusão (C e O), as camadas externas se precipitam, fazendo o núcleo colapsar, formando uma nebulosa planetária, despejando o gás, se tornando uma Anã Branca de núcleo de C, ou O. Este é o fim esperado de estrelas da ordem do Sol. Ao final da vida de uma Anã Branca, quando consumir todo seu combustível (em cerca de 10 bilhões de anos), se tornaria uma Anã Negra, uma estrela quase sem calor ou luz.

Ciclo de Vida do Sol

Como Funcionam as Estrelas

Saída da Sequência Principal

Como funciona uma Gigante Vermelha

Estrelas de Grande Massa Estas estrelas iniciam sua vida com massa entre 8 e 25Msol, e seguem a mesma sequência das demais estrelas, queimando seu combustível em velocidades maiores que as demais estrelas de massa menor. Quando chegam ao ponto Super Gigante Vermelha, continuam a fazer a fusão de C em O, de O em Na (Sódio), de Na em Mg (Magnésio), Mg em Si (Silício), e Si em S (Enxofre), e S em Fe (Ferro). Quando chegamos a fusão do Fe, todas as camadas se precipitam ao centro, e são refletidas em calor e velocidades maiores as camadas externas gerando fortes correntes de ventos que colapsam, formando a supernova, que expulsam os gases, enquanto o centro de Fe gera um centro de gravidade tão forte, que se transforma numa Estrela de Nêutrons, que transforma os prótons em nêutrons.

Simulação da Supernova do Caranguejo

Supernova Maciça e a Expulsão de Gases

Supernova e a Estrela de Nêutrons

Estrelas de Altas Massas São estrelas com Massas Solares acima de 25Msol, estas estrelas queimam H em He, mas não há como observar as outras queimas, já que a pressão gravitacional é tão grande que não costumam durar muito tempo, no máximo 1 milhão de anos. Quando terminam esta fusão se transformam em uma estrela de Wolf-Rayet, que logo forma um núcleo de Fe, que se transforma em uma supernova, da mesma forma que em Estrelas de Grande Massa, mas ao invés de formar uma Estrela de Nêutrons, a pressão gravitacional faz a estrela se transformar em um Buraco Negro.

Buraco Negro e a Atração de Matéria

Sistema Solar: Formação O sistema solar se formou a cerca de 4,5 bilhões de anos, com o colapso da nuvem molecular que formou o Sol. Todos os planetas e objetos astronômicos foram achatados pela força gravitacional deste colapso, formando nosso sistema. Desde então, o sistema evoluiu, principalmente, após a colisão de alguns objetos astronômicos de fora, com os que aqui se encontravam, formando luas, planetas, e asteroides. Partes de asteroides do próprio sistema solar precipitaram sobre a Terra, Marte, Lua, Vênus, trazendo gelo, água, e metais diversos. Nosso sistema ainda continua em formação, devido a força gravitacional exercida por planetas e do próprio Sol. Erupções vulcânicas, ejeções de massa solar, gravidade planetária, colisões com asteroides, e outros são responsáveis por moldar relevos, atmosfera, entre outros.

Sistema Solar: Organização O sistema solar é formado por todos os astros em órbita do Sol, sejam eles, planetas, asteroides, planetas-anões, luas, ou outros corpos celestes. O sistema solar é formado pelos seguintes astros: - Sol: Estrela principal; - Mercúrio; - Vênus; - Terra; - Marte; -Cinturão de Asteroides (Ceres); - Júpiter; - Saturno; - Urano; - Netuno; - Disco Disperso (Cinturão de Kuiper): Plutão, Eris, Makemake, Haumea, Sedna, entre outros.

Sistema Solar - Planetas

Sol Diâmetro (Km):695.000 Massa (Kg): 1,989x1030 Temperatura: 6000° C Composição Química: H – 92,1% He – 7,8% O – 0,061% C – 0,030%

Mercúrio Diâmetro (Km):2439,7 Massa (Kg): 3,303x1023 Temperatura: 179° C Composição Química: Na – 42% He – 42% O – 15% Outros – 1%

Vênus Diâmetro (Km):12439,7 Massa (Kg): 4.869x1024 Temperatura: 482° C Composição Química: CO² – 96% N – 3% Outros – 1%

Terra Diâmetro (Km):6.378,14 Massa (Kg): 5,976x1024 Temperatura: 15° C Composição Química: N – 77% O – 21% Outros – 2%

Marte Diâmetro (Km):3.397,2 Massa (Kg): 6.421x1023 Temperatura: -63° C Composição Química: CO² – 95,32% N² – 2,7% Ar – 1,6% O – 0,13% Outros – 0,25%

Cinturão de Asteroides Este cinturão de asteroides é composto por diversos asteroides, e um Planeta-Anão (Ceres). Existem outros corpos celestes, como Mathilde(foto acima), Pallas, Vesta, e Higia. Estes corpos são resultantes da nebulosa primitiva, que levou a formação dos planetas e do próprio Sol.

Júpiter Diâmetro (Km):71.492 Massa (Kg): 1.900x1027 Temperatura: -121° C Composição Química: H – 90% He – 10%

Saturno Diâmetro (Km):60.268 Massa (Kg): 5.688x1026 Temperatura: -125-° C Composição Química: H – 97% He – 3%

Urano Diâmetro (Km):25.559 Massa (Kg): 8.686x1025 Temperatura: -193-° C Composição Química: H – 83% He – 15% CH⁴ - 2%

Netuno Diâmetro (Km):24.746 Massa (Kg): 1.024x1026 Temperatura: -153-° C Composição Química: H – 83% He – 15% CH⁴ - 2%

Cinturão de Kuiper Assim como o Cinturão de Asteroides que fica entre Marte e Júpiter, foi formado pela mesma Nebulosa primitiva. Grande parte dos objetos, situados neste cinturão, são pequenos asteroides, contudo, nos últimos anos foram descobertos uma série de planetas anões, entre eles: Sedna, Plutão, Makemake, Eris, e outras.

Objetos Transnetunianos São toda a classe de objetos, que orbitam o Sol entre 30.000 UA a 100.000 UA (1UA = Distância entre a Terra e o Sol – 150.000.000 Km). Nesta região se encontram os planetas-anões, descritos na imagem ao lado.

Plutão/Caronte Plutão: Diâmetro (Km):1.160 Massa (Kg): 1.29x1022 Temperatura: -240 -° C Composição Química: N – ? CH⁴ - ? Caronte: Diâmetro (Km):635 Massa (Kg): 1.77x1021 Temperatura: -220 -° C

Sedna Diâmetro (Km): 995 Massa (Kg): 1x1021 Temperatura: -240 -° C Composição Química: ?

Éris Diâmetro (Km): ? Massa (Kg): ? Temperatura: ? Composição Química: ?

Austronáutica - Exercícios Como Calcular o diâmetro de objetos distantes da terra? Ө= L÷R Ө= Tamanho Angular entre os polos do objeto avistado. L= Diâmetro do Objeto (em Km) R= Distância da Terra ao Objeto Observado (em Km) Ex: Sol Ө= 695.000(L)÷150.000.000 = 0,46 Ө=0,0046 radianos – (0,0046*180°)/π = 0,26 grau

Austronáutica - Exercícios O Sol nasce todos os dias na mesma posição? R: Não! Conforme a época do ano ele nasce em posições diferentes, acompanhe!