O Sistema Solar: seus componentes e características Roberto Ortiz - EACH/USP.

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1 O Sistema Solar: seus componentes e características Roberto Ortiz - EACH/USP

2 Componentes do Sistema Solar: ● Sol: uma estrela. ● Planetas (e seus satélites): – Telúricos (Mercúrio, Vênus, Terra e Marte) – Gasosos (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno) ● Planetas anões (e seus satélites): – Na região entre Marte e Júpiter (Ceres, Pallas, etc.) – Na região além de Netuno (Eris, Plutão, Sedna, etc.) ● Corpos menores: – Cometas (Halley, Encke, West, etc.) – Demais corpos não-esféricos (Juno, Ida, Vesta, etc.)

3 O Sol ● Objeto central do Sistema Solar, seu diâmetro equivale a 109 diâmetros terrestres. ● Ele é composto majoritariamente por hidrogênio (73%) e hélio (25%). Todos os demais elementos químicos somados perfazem 2% (em massa) ● O Sol gira em torno de seu eixo em cerca de 25 dias. ● Suas características equivalem às de uma “estrela média”.

4 A atmosfera solar ● A fotosfera é a camada mais evidente na região visível do espectro. ● Sua cor é amarelada, o que indica que sua temperatura é de cerca de 5800 K (ou 5500 o C). ● Vista ao telescópio, apresenta um aspecto granulado, devido à convecção. ● Na fotosfera observa-se também o escurecimento centro-limbo.

5 A cromosfera ● A cromosfera é uma camada imediatamente superior à cromosfera. ● Sua cor espessura é de cerca de 1,5 mil km. Sua densidade equivale a apenas 10 –4 da densidade da fotosfera. ● Sua temperatura varia entre 3800 e 35 mil K. ● As protuberâncias são um fenômeno tipicamente cromosférico. A cromosfera é visível durante os eclipses solares como um círculo muito vermelho em torno do disco solar.

6 Além da cromosfera... ● Acima da cromosfera situa-se a “zona de transição”. ● Acredita-se que o campo magnético seja o responsável pela aceleração dos elétrons e portanto do aquecimento da atmosfera solar além da zona de transição.

7 A coroa solar ● Também chamada de corona é a camada mais externa do Sol. ● Sua temperatura varia entre 1 e 4 milhões de Kelvin, mas sua densidade equivale a apenas 10 –12 x a densidade da fotosfera. ● Durante alguns períodos, a corona pode se estender até a vários raios solares.

8 Alguns fenômenos solares: ● Manchas solares: – Ocorrem na fotosfera. São regiões de temperatura mais baixa (T=4500 K) do que a vizinhança (T=5800 K). Por isso as manchas brilham menos e aparecem escuras vistas contra um fundo brilhante. ● Protuberâncias solares: – Ocorre na cromosfera. Gás ionizado (H, He e elétrons) é lançado a grandes distâncias. A configuração do campo magnético determina o aspecto das protuberâncias. ● Ciclo Solar: – A atividade solar (ocorrência de manchas, ejeções de matéria, protuberâncias, etc.) aumenta em intervalos cíclicos de 11 anos. A cada ciclo os pólos magnéticos solares se invertem.

9 Corona e protuberâncias solares Manchas Solares Protuberância

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11 Planetas Telúricos ● Mercúrio, Vênus, Terra e Marte. ● Situados a uma distância de até 2 U.A. do Sol, caracterizam-se por possuirem uma superfície sólida, rochosa, semelhante à da Terra. ● Durante a época da formação do Sistema Solar, a matéria volátil desses planetas foi perdida por sublimação. Restaram átomos mais pesados, principalmente metálicos (Fe, Al), silicatos, etc. ● Devido à enorme perda inicial de massa composta por átomos leves - principalmente H e He - suas massas não excedem à massa terrestre, tampouco seus diâmetros.

12 Alguns dados sobre os planetas telúricos:

13 ● A Terra é o maior planeta telúrico do Sistema Solar ● A pequena massa implica em força gravitacional fraca. Como resultado, eles geralmente possuem poucos ou nenhum satélite.

14 ● Os 4 planetas telúricos possuem uma estrutura geológica parecida: núcleo, manto e crosta. ● O núcleo constitui apenas cerca de 15% do volume desses planetas e é constituido de Fe e Ni. ● O manto ocupa mais de 80% do volume do planeta e é composto principalmente por diversos tipos de silicatos e óxidos de Mg.

15 Composição atmosférica dos planetas telúricos: Mercúrio: não tem atmosfera Vênus: 97% CO 2, 3% N 2, traços de SO 2 e Ar. Terra: 78% N 2, 21% O 2, 0.9% Ar. Marte: 95% CO 2, 3% N 2, 0.3% de CO, 0.1% O 2.

16 Temperatura na superfície dos planetas telúricos: Mercúrio: T = 170 o C Vênus: T = 460 o C Terra: T = 15 – 20 o C (Lua: T = -150 - +110 o C) Marte: T = -90 - -5 o C

17 Mercúrio

18 ● A estrutura do planeta Mercúrio é semelhante à dos demais planetas telúricos. ● Estima-se que seu núcleo tenha 1800 km de raio (comparativamente maior que o terrestre); seu manto 600 km de espessura e sua crosta de 100 a 300 km. ● Enquanto seu núcleo é extremamente rico em Fe, sua crosta é bastante semelhante à da Lua, com crateramento severo e predominância de rochas basálticas.

19 ● A ausência de atmosfera (baixa gravidade aliada à alta temperatura do planeta) favoreceu grandemente o crateramento. ● Impactos de corpos menores do sistema solar no passado, quando eram mais frequentes, salpicaram sua superfície de crateras de impacto.

20 Vênus

21 Nuvens ● Popularmente denominado “estrela d'Alva”, Vênus é sempre avistado a uma elongação máxima de 47 o do Sol. ● Visto ao telescópio, não se distingue detalhe algum, pois sua superfície está sempre coberta de nuvens de SO 2 (embora o constituinte principal de sua atmosfera seja o CO 2 ).

22 Missões não-tripuladas ● Diversas missões não-tripuladas foram enviadas a Vênus: Venera (Russia, 1961-1982), Mariner (EUA, 1962- 1969), Pionner (EUA, 1978), etc. ● A altíssima pressão atmosférica (90 atm no nível do solo) implodiu quase todas as sondas espaciais antes que elas tocassem o solo. Mariner 2 (1962)

23 ● Em 1975 as primeiras imagens tomadas da superfície de Vênus foram enviadas por duas sondas: Venera 9 e 10. ● A temperatura medida foi de cerca de 500 o C, muito mais alta do que a de Mercúrio, devido ao efeito estufa. Venera 10 (lander)

24 A superfície de Vênus Acima: imagem do solo venesiano (sonda Venera 13).

25 Solo: ● As amostras coletadas pelas sondas espaciais mostraram que a superfície de Vênus é constituida principalmente de rochas basálticas, semelhante às encontradas na Terra. Imagem: sonda Venera 14

26 Marte

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30 Solo ● A análise de amostras do solo feita pelas sondas espaciais Viking, Spirit, Oportunity e Phoenix revelou que a superfície marciana é composta principalmente por basalto (tipo de rocha vulcânica). ● A cor avermelhada é causada pela presença de poeira de óxido de Ferro.

31 Intemperismo ● Existem diversos sítios marcianos que visivelmente sofreram processo erosivo. ● As imagens obtidas pelas sondas espaciais mostram que o vento e a água (no passado) contribuiram fortemente para o intemperismo. ● Hoje Marte deve abrigar água somente em seu subsolo.

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33 Calotas polares ● O eixo de rotação de Marte é inclinado 25 o com relação à vertical do plano de sua órbita. ● A grande quantidade de CO 2 na atmosfera favorece a formação de gelo nas regiões polares, fenômeno análogo ao terrestre.

34 Planetas Gasosos

35 ● Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. ● Situados a uma distância além de 4 U.A. do Sol, caracterizam-se por possuirem uma superfície gasosa, composta primariamente por H e He. A existência de campo magnético indica a existência de um núcleo sólido de Fe. ● Durante a época da formação do Sistema Solar, os gases leves (H e He) foram preservados devido à baixa temperatura e alta velocidade de escape. ● Devido a sua enorme massa a pressão sobre o núcleo sólido é altíssima, mas este perfaz apenas uma pequena parte do volume do planeta.

36 ● Devido à grande distância do Sol, os 4 planetas gasosos possuem anéis, semelhantes aos de Saturno. ● Devido à sua grande massa, eles mantém um grande número de satélites aprisionados em seu campo gravitacional.

37 Alguns dados sobre os planetas gasosos:

38 Composição atmosférica dos planetas gasosos: Júpiter: 90% H, 10% He, 0.3% CH 4, 0.03% NH 3 Saturno: 96% H, 3% He, 0.4% CH 4, 0.01% NH 3. Urano: 83% H, 15% He, 2.3% CH 4,. Netuno: 80% H, 19% He, 1.5% CH 4.

39 Temperatura na superfície dos planetas gasosos: Júpiter: T = - 160 o C Saturno: T = - 190 o C Urano: T = - 220 o C Netuno: T = - 220 o C

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41 Júpiter

42 ● Diversas sondas espaciais visitaram passaram próximas a Júpiter: Pionner (1973, 1974), Voyager (1979), Cassini (2000), etc. ● Elas realizaram medidas do campo magnético e tomaram imagens de Júpiter, seus satélites e anéis.

43 ● Os 4 maiores satélites de Júpiter podem ser vistos da Terra através de um pequeno telescópio. Foram descobertos por Galileu Galilei em 1609. ● Os anéis de Júpiter são compostos por fragmentos de rocha e gelo e não são facilmente observáveis da Terra.

44 ● Em Io há um vulcão ativo, cuja erupção foi observada por várias sondas. Durante as erupções há derramamento de lava na superfície do satélite. ● Io possui atmosfera muitíssimo rarefeita composta por SO 2.

45 ● Partículas oriundas do Sol (prótons e elétrons) viajam pelo Sistema Solar. ● Ao se aproximarem de planetas com campo magnético, são direcionadas em direção aos pólos magnéticos desses. ● A colisão dessas partículas com os átomos da atmosfera produzem um efeito luminoso: as auroras. ● Na imagem abaixo, aurora borealis em Júpiter.

46 Saturno

47 ● Sua característica mais marcante são seus anéis. ● Os anéis de Saturno são pedaços de rocha e gelo com dimensões entre fração do milímetro até vários metros.

48 Visão interna dos anéis (concepção artística)

49 ● Titã é o maior satélite de Saturno, maior que o planeta Mercúrio. ● É visível da Terra através de um pequeno telescópio. ● Sua superfície é relativamente plana, com poucas crateras de impacto. ● A sonda Cassini obteve imagens de um lago de metano próximo ao pólo. Titã (cor natural)

50 ● A atmosfera de Titã é composta por 98% de N 2, 1.6% CH 4 e traços de hidrocarbonetos. ● Além da Terra é a única atmosfera composta majoritariamente por N 2 no Sistema Solar.

51 Urano

52 ● Urano possui anéis, descobertos a partir de observações feitas na Terra, em 1977. ● Assim como os anéis de Saturno, os anéis de Urano são feitos de rocha e gelo de diversos tamanhos. ● Em sua superfície podem ser avistadas nuvens de metano e outros hidrocarbonetos, assim como em Júpiter e Saturno.

53 ● Urano possui mais de 27 satélites. ● Eles são compostos por 50% de rocha e 50% de gelo, possivelmente de NH 3 e CO 2.

54 Netuno

55 ● Muito semelhante a Urano, Netuno tem cor azulada graças à presença de CH 4. ● Também possui anéis e mais de 13 satélites. ● Sua estrutura interna deve incluir um pequeno núcleo metálico e um extenso manto de gelo. Acima: a estrutura do planeta Netuno, muito semelhante à de Urano.

56 Para saber mais: ● Astronomia & Astrofísica, S.O. Kepler & Maria de Fátima Saraiva, Cap. 14.