CICLO DE PALESTRAS DE ASTRONOMIA E ASTROFÍSICA Ruth Bruno.

CICLO DE PALESTRASCICLO DE PALESTRAS

DEDE

ASTRONOMIA E ASTRONOMIA E ASTROFÍSICAASTROFÍSICA

Ruth BrunoRuth Bruno

SISTEMA TERRA-LUA SISTEMA TERRA-LUA

EE

A ORIGEM DO SISTEMA SOLARA ORIGEM DO SISTEMA SOLAR

A Lua em órbita ao redor da Terra. Imagem obtida em 16/12/1992 pela sonda Galileu, a uma distância de cerca de 6,2 milhões de quilômetros.


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ssdc.gsfc.nasa.gov

A LUAA LUA

A Lua é o corpo celeste mais próximo da Terra. Sua distância média é de cerca de 384.000 km, que corresponde a 1,28 segundos-luz. Seu diâmetro é de 3476 km (~ ¼ d ) e sua massa é 1/81 M .

MOVIMENTOS DA LUAMOVIMENTOS DA LUA:

Translação: órbita elíptica de excentricidade e = 0,0549 (cerca de 3 vezes maior que a excentricidade da órbita da Terra ao redor do Sol e 4,5 vezes menor que a de Plutão).

O movimento de translação da Lua se dá de Oeste para Leste, no sentido anti-horário, visto por um observador situado acima do pólo Norte da Terra. Entretanto, devido ao movimento de rotação da Terra também de Oeste para Leste, o movimento da Lua observado de um ponto da Terra parece ser de Leste para Oeste.


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A figura abaixo ilustra o movimento de translação da Lua ao redor da Terra. Note que o plano orbital da Lua tem uma inclinação de cerca de 5o

em relação à eclíptica


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www.hermit.org

Período Sideral da LuaPeríodo Sideral da Lua

O período sideral da Lua, ou mês sideral, é o tempo necessário para a Lua completar uma volta em torno da Terra, em relação a uma estrela distante. Sua duração é de 27d 7h 43m 11s.


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Astronomy Today

As Fases da LuaAs Fases da Lua

A figura acima mostra as quatro principais fases da Lua, vistas por um observador no Hemisfério Sul. Como as fases ocorrem simultaneamente, da mesma forma no mundo todo, as horas das fases em tempo universal podem ser utilizadas em qualquer ponto da superfície da Terra, após a correção do fuso horário. Ruth BrunoRuth Bruno

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créditos: www.cea.inpe.br/webdas/divulgacao/fases_lua.html

Simulação do movimento de translação da Lua e suas fases.Simulação do movimento de translação da Lua e suas fases.


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www.wsu.edu

Lunação


IF/UFFIF/UFFE uma grande Lua saiu do mar...

Fotografia/Tom Jobim

apod.nasa.gov

Rotação da LuaRotação da Lua

O tempo que a Lua leva para orbitar em volta da Terra (27,3 dias) é igual ao tempo que ela leva para girar em torno do seu eixo. Por este motivo, a mesma face da Lua está sempre voltada para nós. A face oculta da Lua só pode ser vista ou fotografada por astronautas ou satélites em órbita da Lua.

Face oculta da Lua tirada por ocasião da

missão Apolo 16 em 1972.


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nssdc.gsfc.nasa.gov

Rotação sincronizada e os efeitos de maréRotação sincronizada e os efeitos de maré

As deformações tipo bojos causadas na superfície da Lua pelas marés frearam sua rotação até ela ficar com o bojo sempre voltado para a Terra, com o período de rotação igual ao de translação. Ruth BrunoRuth Bruno

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www.if.ufrgs.br

Acredita-se que, no passado, o período de rotação da Lua era menor do que o seu período de translação em torno da Terra. Ao girar, ela tentava arrastar consigo os bojos de maré, que sempre ficavam alinhados na direção da Terra. Assim, havia um movimento relativo entre as diferentes partes da Lua, o qual gerava atrito, que por sua vez tendia a frear a rotação. Devido aesse atrito a Lua foi perdendo energia de rotação até ficar com a rotação sincronizada, estado em que o período sideral é exatamente igual ao período de revolução.

Forças de maréForças de maré


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physics.fortlewis.edu

Alteração na órbita da LuaAlteração na órbita da Lua

Com o achatamento da Lua causado pelas marés, sua rotação teria diminuído até alcançar o mesmo período de translação. Para conservar o momentum angular, a perda de rotação teria provocado o afastamento maior entre a Lua e a Terra.

k

rmL

krv

krT

rT

wrv

mvrL

2

2

2

32

Logo, para compensar a diminuição no momentum angular de rotação, o momentum angular de translação da Lua (L) aumenta e, conseqüentemente, r aumenta.


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A TERRAA TERRA

Imagem obtida pela Apolo 17 Ruth BrunoRuth Bruno

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antwrp.gsfc.nasa.gov

MarésMarés

Um importante fenômeno terrestre causado pelas forças gravitacionais do Sol e da Lua é a subida e a descida dos oceanos, duas vezes em um dia.


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A atração gravitacional sentida em cada ponto da Terra, devido à Lua, depende da distância do ponto à Lua. No lado da Terra mais próximo à Lua, a atração gravitacional é maior do que a sentida no centro da Terra. No lado da Terra mais afastado da Lua, a força gravitacional é menor do que a sentida no centro da Terra. Assim, em relação ao centro da Terra, um lado está sendo puxado em direção da Lua, e o outro lado está sendo puxado na direção contrária.

Forças de maré provocadas pela Lua sobre a TerraForças de maré provocadas pela Lua sobre a Terra


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Astro.if.ufrgs.br

Marés na TerraMarés na Terra

Devido à rotação da Terra, a combinação desse movimento com o de translação da Lua resulta em duas marés altas e cada 24h e 50m, que é a duração do dia lunar.


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br.geocities.com/saladefisica5/leituras/mares.htm

Entendendo as forças de maré


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Forças de maré provocadas pelo Sol sobre a TerraForças de maré provocadas pelo Sol sobre a Terra

Quando a Lua é Nova ou Cheia, o efeito do Sol reforça o efeito da Lua, produzindo marés relativamente altas. São as chamadas marés de primavera ou marés de águas vivas.

Por outro lado, quando a Lua se encontra nas fases correspondentes aos primeiros e terceiros quartos, ocorrem as marés das águas mortas. Ruth BrunoRuth Bruno

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www.iff.uff.br

Comparação entre as marés produzidas pelo Sol e pela LuaComparação entre as marés produzidas pelo Sol e pela Lua

46,03

3

3

Sol

Lua

Lua

Sol

Lua

Sol

Lua

LuaLua

Sol

SolSol

d

d

M

M

dF

dF

Rd

MdF

Rd

MdF

Devido à distância do Sol à Terra, o efeito gravitacional do Sol produz marés cujas intensidades são aproximadamente a metade das marés devido à Lua


IF/UFFIF/UFF

Precessão da TerraPrecessão da Terra

O movimento de precessão da Terra é causado pelas forças diferenciais exercidas pelo Sol e pela Lua.

Por que as forças diferenciais são importantes no movimento de precessão?

• A Terra não é perfeitamente esférica (d = 40 km).

• O plano do equador (do bojo equatorial) está inclinado de 23,5o

em relação à eclíptica.

•O plano da órbita da Lua está inclinado 5o em relação à eclíptica. Ruth BrunoRuth Bruno

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plato.if.usp.br/

Efeitos das forças diferenciaisEfeitos das forças diferenciais

Tendem a achatar a Terra ainda mais.

Tendem a “endireitar” o eixo da Terra, alinhando-o com o eixo da eclíptica.

O que de fato ocorre? Ruth BrunoRuth Bruno

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www.projetoockham.org

Devido ao movimento de rotação da Terra, seu eixo não se alinha com o eixo da eclíptica, mas precessiona em torno dele. Em outras palavras, as forças diferenciais gravitacionais da Lua e do Sol produzem um torque que tende a alinhar o eixo de rotação da Terra com o eixo da eclíptica, mas como este torque é perpendicular ao momentum angular de rotação da Terra, seu efeito é mudar a direção do eixo de rotação, sem alterar sua inclinação.


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astro.if.ufrgs.br/fordif/precessao.jpg

Atmosfera TerrestreAtmosfera Terrestre

Diagrama da atmosfera terrestre, mostrando as variações de temperatura e pressão da superfície até a camada superior da ionosfera.

Avião comercial: 12-15 km

Composição química:

N (78%) O (21%)

Ar (0,9%) CO2 (0,03%)Ruth BrunoRuth Bruno

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physics.uoregon.edu

Estrutura atmosféricaEstrutura atmosférica

A troposfera é a região da atmosfera terrestre onde ocorre o processo de convecção, provocado pelo calor da superfície aquecida da Terra.

A convecção atmosférica contribui não apenas para o aquecimento atmosférico, mas também é responsável pelos ventos na superfície.


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Pearson Prentice Hall

Camada de OzônioCamada de Ozônio

Na região da estratosfera se encontra a camada de ozônio, onde, a uma altitude de cerca de 50 km, a temperatura do ar aumenta quando a radiação ultravioleta proveniente do Sol é absorvida pelo oxigênio, ozônio e nitrogênio da atmosfera.

O3 + radiação UV O + O2

Destruição do ozônio: compostos constituídos pelo clorofluorcarbonos

CFC + radiação UV Cl

(O Cl é um poderoso catalizador da destruição do O3)

Cl + O3 ClO + O2

ClO + O Cl + O2


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IonosferaIonosfera

A uma altitude de cerca de 100 km, a atmosfera é significativamente ionizada pela radiação altamente energética proveniente do Sol. Essa energia desassocia as moléculas em átomos e os átomos em íons, e o grau de ionização aumenta com a altitude.

A luz do Sol que não é refletida pelas nuvens alcança a superfície da Terra, aquecendo-a. A radiação infravermelha re-emitida da superfície é parcialmente absorvida pelo vapor d’água e o dióxido de carbono existentes na atmosfera, fazendo com que a temperatura global da superfície aumente.

Efeito estufaEfeito estufa

www.allrefer.com

Origem da atmosfera terrestreOrigem da atmosfera terrestre

•Atmosfera primária: quando a Terra se formou a atmosfera era constituída pelos gases mais comuns existentes no Sistema Solar primordial (gases leves como hidrogênio, hélio, metano, amônia e vapor d’água).

•Quase todos os elementos leves, principalmente o H e o He, escaparam para o espaço durante o primeiro meio bilhão de anos depois que a Terra se formou.

•Atmosfera secundária: teve origem no interior do planeta como um resultado das atividades vulcânicas. Os gases vulcânicos são ricos em vapor de água, metano, dióxido de carbono, dióxido sulfúrico e compostos contendo nitrogênio.

•A radiação ultravioleta solar decompôs os gases mais leves, ricos em hidrogênio, que acabaram por escapar para o espaço, e liberou grande parte do nitrogênio de suas ligações com outros elementos.


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• Com a diminuição da temperatura da superfície da Terra e a condensação do vapor d’ água, os oceanos se formaram.

• Uma grande parte do dióxido de carbono e do dióxido sulfúrico se dissolveram nos oceanos ou se combinaram com as rochas da superfície terrestre.

• Como o oxigênio é um gás altamente reativo, qualquer oxigênio livre que apareceu nos tempos primordiais foi removido tão logo tenha se formado.

• Uma atmosfera formada essencialmente por nitrogênio lentamente apareceu.

• A vida apareceu nos oceanos mais de 3,5 bilhões de anos atrás, e os organismos começaram a produzir o oxigênio atmosférico.

•O oxigênio presente na atmosfera atual é uma conseqüência direta da evolução da vida na Terra.


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MagnetosferaMagnetosfera

A magnetosfera é a região ao redor da Terra, bem acima da atmosfera, influenciada pelo campo magnético terrestre. Esta região, assim como a camada de ozônio, também nos protege da radiação do Sol, nociva à vida na Terra.


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Cintos de Van AllenCintos de Van Allen

Os cintos de Van Allen são zonas da magnetosfera que contêm partículas altamente energéticas. Estes cintos protegem a Terra do bombardeamento de partículas carregadas, com altas velocidades.

Metais condutores de eletricidade, em rotação, existentes no interior do núcleo da Terra, induzem correntes elétricas poderosas que produzem o magnetismo do planeta.

O que originou a magnetosfera e os cintos de Van Allen?


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www.csulb.edu

Armadilha para as partículas carregadasArmadilha para as partículas carregadas

Uma partícula carregada, em um campo magnético, é espiralada em torno das linhas de campo, ficando aprisionada.


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www.csulb.edu

AurorasAuroras

As auroras - boreais no Hemisfério Norte, e austrais no Hemisfério Sul – são fenômenos luminosos que ocorrem na atmosfera superior da Terra, entre 100 e 1000 km, causadas pelas partículas carregadas solares que excitam os átomos do ar.

As auroras são observadas principalmente nas regiões polares, uma conseqüência do efeito do campo magnético terrestre que deflete as partículas para estas regiões.

Cores das auroras: verde, vermelho e azul – correspondem às linhas de emissão do oxigênio e nitrogênio.


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Planetologia comparadaPlanetologia comparada

Órbitas dos planetas: exceto por Mercúrio e Plutão, as órbitas dos planetas se situam aproximadamente em um mesmo plano.

O Sistema Solar inteiro se estende por aproximadamente 80 UA.


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Astronomy Today

Propriedades planetáriasPropriedades planetáriasVolume do Sistema Solar:

diâmetro = 1/3.000 a distância até a estrela mais próxima.

Massas relativas:

Sol - 99,85%

Júpiter- 0,10%

Júpiter

d = 1/10 dsol

m = 1/1000 Msol


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Astronomy Today

Planetas terrestres e jovianosPlanetas terrestres e jovianos


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Terrestres: Mercúrio, Vênus, Terra e Marte

Jovianos: Júpiter, Saturno, Urano e Netuno

Propriedades fundamentaisPropriedades fundamentais


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Todos os planetas movem-se ao redor do Sol na mesma direção (sentido anti-horário quando visto de cima) e todos,

menos Vênus e Urano, giram em torno de seus eixos também nesta direção.

http://astro.if.ufrgs.br

Movimento OrbitalMovimento Orbital

Estrutura internaEstrutura interna


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Atmosferas Retenção das atmosferas: a energia cinética das moléculas do gás e a velocidade de escape do planeta são responsáveis pela retenção da atmosfera junto ao planeta. Como a energia cinética depende da temperatura e a velocidade de escape depende da massa do planeta, estes parâmetros são importantes na determinação dos gases que compõem a atmosfera.


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skmHvskmOvKt /2)(;/1)(293 2

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Atmosfera de VênusAtmosfera de Vênus

Como a atmosfera de Vênus é muito menos espessa e é muito mais densa que a da Terra, uma fração muito menor da radiação radiação infravermelha emitida pela superfície do planeta, escapa para o espaço. Como conseqüência, ocorre o efeito estufa numa intensidade muito maior do que ocorre na Terra e o planeta torna-se mais quente.


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Astronomy Today

Efeito Estufa em Vênus


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www.portaldoastronomo.org

Atmosferas dos planetas terrestresAtmosferas dos planetas terrestres

Propriedades físicas e composição das atmosferas dos planetas terrestres

Vênus Terra Marte

Pressão Sup. (bar) 92 1,0 0,007

Temperatura (K) 737 288 210

CO2 (%) 96,5 0,033 95,3

N (%) 3,5 78,1 2,7

O (%) 0,00 20,9 0,13

H2O (%) 0,02 0,1 a 3 0,03

Ar (%) 0,007 0,93 1,6

SO2 (%) 0,015 0,02 0,00 Ruth BrunoRuth Bruno

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Similaridades e diferenças entre Vênus, Terra e Marte

Estrutura interna:

•composição química – semelhantes

• massa – Vênus e Terra : semelhantes

Atmosfera:

• atmosfera secundária – Vênus, Terra e Marte

• atmosfera atual – Vênus e Marte: semelhantes

• pressão superficial – muito diferentes

Estes planetas tiveram no passado atmosferas similares em composição e quantidade, mas hoje suas atmosferas são muito diferentes.

Escapamento das atmosferas: Vênus retém sua atmosfera mais efetivamente do que Marte.

Atmosferas de Vênus e Terra: evoluíram de forma muito diferente, provavelmente devido às suas distâncias ao Sol.

Chuvas: a maior parte do vapor d’água presente na atmosfera terrestre transformou-se em chuva que preencheu os oceanos; em Vênus as águas provenientes das chuvas evaporaram-se devido às altas temperaturas de sua superfície.


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OrigemOrigem do Sistema Solar do Sistema Solar


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A hipótese moderna para a origem do sistema solar é baseada na hipótese nebular, sugerida em 1755 pelo filósofo alemão Immanuel

Kant, e desenvolvida em 1796 pelo matemático francês Pierre-Simon de Laplace.

http://astro.if.ufrgs.br/

ModeloModelo para a teoria de formação do Sistema Solar para a teoria de formação do Sistema Solar

Fatos observacionais:

1- Cada planeta está relativamente isolado no espaço

2- As órbitas dos planetas são aproximadamente circulares


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3- As órbitas dos planetas se situam praticamente em um mesmo plano


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Astronomy Today

4 - A direção do movimento de translação dos planetas em sua órbitas ao redor do Sol é a mesma que a de rotação do Sol em torno do seu eixo.

5- A direção do movimento de rotação da maioria dos planetas é a mesma que a de rotação do Sol em torno do seu eixo.


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6- A maioria das luas orbitam em torno dos seus planetas no mesmo sentido em que os planetas giram em torno dos seus eixos.

7- O sistema planetário é altamente diferenciado

8- Os asteróides são objetos muito velhos e exibem uma série de propriedades que não são características nem dos planetas terrestres, nem dos jovianos ou de suas luas.

9- Os cometas são fragmentos gelados, primitivos, cuja órbita não é a da eclíptica e devem ter se originado em regiões muito afastadas do Sol.


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Teoria da CondensaçãoTeoria da Condensação

Conservação de momentum angular: a nebulosa de gás e poeira gira cada vez mais rápido à medida que se contrai.


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Astronomy Today

Origem dos planetas

A nuvem de gás e poeira, em rotação, se contrai e assume uma forma discoidal. Os grãos de poeira atuam como núcleos de condensação, formando aglomerados de matéria que colidem, se juntam, e crescem, dando origem aos planetas. Na região central da nuvem, onde se encontra a maior parte da massa, surge o Sol.


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Astronomy Today

Localização dos planetas terrestres e jovianosLocalização dos planetas terrestres e jovianos

Devido às diferentes temperaturas ao longo do disco, os materiais que se condensam em cada região são aqueles capazes de sobreviver às temperaturas características destas regiões.

Materiais refratários: suportam altas temperaturas sem fundir ou vaporizar.

Materiais voláteis: permanecem na forma sólida apenas se suas temperaturas forem bem baixas.


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Astronomy Today

Décimo planeta do Sistema Solar?Décimo planeta do Sistema Solar?

O novo planeta, por enquanto denominado 2003UB313, se encontra a uma distância de 97 UA do Sol (Plutão se situa a 40 UA)

Telescópio Samuel Oschin, Observatório Palomar

NASA/JPL-Caltech.

ReferênciasReferências

1- Chaisson, Eric; McMillan Steve, Astronomy Today, 1996, Prentice Hall, New Jersey

2- Hester Jeff et al, 21st Century Astronomy, 2002, Norton & Company, London

3- Oliveira Filho, Kepler de Souza, Oliveira Saraiva, Maria de Fátima, Astronomia e Astrofísica, 2004, Editora Livraria da Física

4- http://chandra.havard.edu/edu/index/html

5-http://en.wikipedia.org/wiki/

6- http://observe.arc.nasa.gov/nasa/space/space_index.shtml

7- http://antwrp.gffc.nasa.gov/apod/lib/aptree.html

8- http://astro.if.ufrgs.br

9- http://hubblesite.org/gallery/album

10-http://www.tqnyc.org/NYC040808/homepage.html


IF/UFFIF/UFF

http://chandra.havard.edu/edu/index/html

http://antwrp.gffc.nasa.gov/apod/lib/aptree.html

http://hubblesite.org/gallery/album

CICLO DE PALESTRAS DE ASTRONOMIA E ASTROFÍSICA Ruth Bruno.

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