Mini-Curso Livre de Sistema Solar 2 - mat.uc.ptpeixinho/lectures/lecture2.pdf · Vulcanismo Io é o...
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Mini-Curso Livre de Sistema Solar
Nuno PeixinhoGrupo de Astrofísica da Universidade de CoimbraObservatório Astronómico da Universidade de Coimbra
Departamento de MatemáticaFaculdade de Ciências e TecnologiaUniversidade de Coimbra
2
Parâmetros Orbitais
a = 5.203 AU
q = 4.951 AU
Q = 5.455 AU
e = 0.048
i � = 1.3°
Ptra = 11.86 a
Júpiter
Missões: Pioneer 10, 11 (NASA) - 1973-74; Voyager 1, 2 (NASA) - 1979; [Ulysses (ESA/NASA) - 1992-2004]; Galileo (NASA) - 1995 (+sonda de entrada); [Cassini-Huygens (ESA/NASA/Italia)]; [New Horizons (NASA) - 2007] Juno (NASA) - 2010.
Parâmetros Físicos
D� = 142984 km (11.2 D⊕)
M � = 1.90x1027 kg (317.8 M⊕)
ρ � = 1.3 g/cm3
Prot = 9h55m
Eixo= 3.13°
Tmáx � = ? KTmed� = 152 K (-121 °C)Tmin� = 110 K (-163 °C)(T é definida à altitude onde Patm=1 atm)
Número de satélites � = 63
Júpiter
Atmosfera
Patm = 2.1x106 atm
(Patm meramente indicativa, definida a uma distância do centro de 0.8 do raio)
Hidrogénio �� 86%Hélio � � � 14%Metano 0.1%Água � � � 0.1%
Júpiter
Estrutura
Pequeno núcleo de rochas e gelos sob forte pressão e temperatura.
Envelope de Hidrogénio e Hélio, sendo o Hidrogénio metálico (i.e. com electrões livres) na parte mais interior, depois líquido e depois gasoso.
Não existe uma clara distinção entre as diferentes fases à medida que se desce no seu interior.
“Atmosfera”
Júpiter irradia mais energia do que a que recebe do Sol!
Vestígios de metano, vapor de água, amónia, e partículas sólidas.
As nuvens a diferentes altiudes: Brancas: cristais de Amónia Vermelhas/Castanhas: Hidrosulfito de Amónia Azuladas: água (não se observam!)
A Grande Mancha Vermelha: Tempestade com ventos de 360 km/h (fósforo e moléculas orgânicas?).
Rotação e Padrões
Por não ser sólido, Júpiter tem rotação diferencial, i.e. não roda à mesma velocidade em todos os pontos.
Tem uma estrutura em bandas com velocidades opostas: Regiões mais claras: mais altas, mais frias. Regiões mais escuras: mais profundas, mais quentes.
Relâmpagos e “Trovões”
Em 1979 a Voyager detecta o “som electromagnético” de relâmpagos em Júpiter.
Em 1997 a Galileo fotografa com grande detalhe relâmpagos em Júpiter.
Auroras
Em 1992 o Telescópio Hubble fotografa auroras em Júpiter (no ultra-violeta).
Estas auroras estão associadas a uma corrente de partículas com carga eléctrica entre Júpiter e a sua lua Io.
Colisão de um Cometa
De 16 a 22 de Julho de 1994, 9 fragmentos do cometa Shoemaker-Levy 9 colidiram com Júpiter.
Foi a primeira colisão no Sistema Solar a ser observada em directo.
O impacto permitiu detectar a presença de S2 e CS2 na atmosfera de Júpiter.
As marcas do impacto levaram mais de um ano a desparecer.
Anéis
Júpiter possui um sistema de anéis muito ténue:
Halo Anel Principal Anéis de Gossamer
Os anéis são composto por poeiras muito finas essencialmente associadas às luas: Adrastea, Metis, Thebe e Amalthea.
Anéis
Júpiter possui um sistema de anéis muito ténue:
Halo Anel Principal Anéis de Gossamer
Os anéis são composto por poeiras muito finas essencialmente associadas às luas: Adrastea, Metis, Thebe e Amalthea.
Anéis
Júpiter possui um sistema de anéis muito ténue:
Halo Anel Principal Anéis de Gossamer
Os anéis são composto por poeiras muito finas essencialmente associadas às luas: Adrastea, Metis, Thebe e Amalthea.
Os Satélites de Júpiter
Em 1610, Galileu observa as luas: Io, Europa, Ganimedes e Calisto.
Actualmente conhecem-se 63.
Júpiter parece o centro de um mini sistema solar.
IoParâmetros
dJ = 421700 km
Ptra = 1.78 d
D� = 3642 km (0.286 D⊕)
M � = 8.93x1022 kg (0.015 M⊕)
ρ � = 3.5 g/cm3
Prot�= 1.78 d (síncrona)
Tmáx � = 2000 K (1730 °C)Tmed� = 130 K (-143 °C)Tmin� = 90 K (-183 °C)
AtmosferaPatm = residualSO2 90%
Vulcanismo
Io é o objecto vulcanicamente mais activo do Sistema Solar.
Existem mais de 200 caldeiras vulcânicas.
O vulcanismo está provavelmente associado a efeitos de maré.
As plumas podem elevar-se até 300 km.
A superfície de Io recicla-se em cerca de 1 cm/ano.
Na sua atmosfera existe “sal de mesa” [Lellouch et al. 2003]
Vulcanismo
Io é o objecto vulcanicamente mais activo do Sistema Solar.
Existem mais de 200 caldeiras vulcânicas.
O vulcanismo está provavelmente associado a efeitos de maré.
As plumas podem elevar-se até 300 km.
A superfície de Io recicla-se em cerca de 1 cm/ano.
Na sua atmosfera existe “sal de mesa” [Lellouch et al. 2003]
Vulcanismo
Io é o objecto vulcanicamente mais activo do Sistema Solar.
Existem mais de 200 caldeiras vulcânicas.
O vulcanismo está provavelmente associado a efeitos de maré.
As plumas podem elevar-se até 300 km.
A superfície de Io recicla-se em cerca de 1 cm/ano.
Na sua atmosfera existe “sal de mesa” [Lellouch et al. 2003]
EuropaParâmetros
dJ = 671034 km
Ptra = 3.55 d
D� = 3122 km (0.245 D⊕)
M � = 4.80x1022 kg (0.008 M⊕)
ρ � = 3.0 g/cm3
Prot�= 3.55 d (síncrona)
Tmáx � = 125 K (148 °C)Tmed� = 103 K (-170 °C)Tmin� = 50 K (-223 °C)
AtmosferaPatm = residualOxigénio� � � 100%
Superfície
Possui uma camada de 100 km de água (gelada à superfície, provavelmente líquida em profundidade).
Possui poucas crateras. ⇒ Superfície jovem e activa.
É o objecto mais “liso” do Sistema Solar (estruturas não ultrapassam os 300 m).
As “riscas” espalhadas pelo objecto devem-se, provavelmente, a actividade tectónica associada a erupções de água ou geysers.
Superfície
Possui uma camada de 100 km de água (gelada à superfície, provavelmente líquida em profundidade).
Possui poucas crateras. ⇒ Superfície jovem e activa.
É o objecto mais “liso” do Sistema Solar (estruturas não ultrapassam os 300 m).
As “riscas” espalhadas pelo objecto devem-se, provavelmente, a actividade tectónica associada a erupções de água ou geysers.
Vida em Europa?
É provavel a existência de um oceano de água salgada debaixo da crosta de gelo.
As manchas escuras indiciam ser ricas em sais diversos.
O ambiente deverá ser semelhante a certos lagos na Antártida ou a certas zonas dos oceanos profundos. ⇒ Vida pode ser possível!
Mesmo não havendo certezas, a sonda Galileo foi despenhada em Júpiter para evitar uma possível contaminação de Europa.
GanimedesParâmetros
dJ = 1070400 km
Ptra = 7.15 d
D� = 5262 km (0.413 D⊕)
M � = 1.48x1023 kg (0.025 M⊕)
ρ � = 1.9 g/cm3
Prot�= 7.15 d (síncrona)
Tmáx � = ? KTmed� = 109 K (-161 °C)Tmin = ? K
AtmosferaPatm = residualOzono 100%
Superfície
Composto de silicatos e gelo de água. A sua superfície poderá flutuar sobre um manto de contendo água líquida.
Dois tipos de terrenos:
Regiões escuras: antigas e craterizadas.
Regiões claras: jovens, de origem tectónica provavelmente combinada com criovulcanismo.
Possui “palimpsestos”: bacias de impacto de baixo relevo.
As suas crateras são pouco altas, devido à baixa viscosidade.
Superfície
Composto de silicatos e gelo de água. A sua superfície poderá flutuar sobre um manto de contendo água líquida.
Dois tipos de terrenos:
Regiões escuras: antigas e craterizadas.
Regiões claras: jovens, de origem tectónica provavelmente combinada com criovulcanismo.
Possui “palimpsestos”: bacias de impacto de baixo relevo.
As suas crateras são pouco altas, devido à baixa viscosidade.
Palimpsesto
Impacto de um cometa?
O Campo Magnético de Ganimedes
Em 1996 a sonda Galileo detectou um campo magnético em Ganimedes, que deverá ter uma origem semelhante ao da Terra.
A interacção do campo magnético com partículas carregadas gera ondas electromagnéticas de diversas frequências e intensidades. ⇒ Convertendo
digitalmente essas ondas electromagnéticas em ondas sonoras, podemos “ouvir o som” da magnetosfera de Ganimedes.
CalistoParâmetros
dJ = 1882700 km
Ptra = 16.69 d
D� = 4821 km (0.378 D⊕)
M � = 1.07x1023 kg (0.018 M⊕)
ρ � = 1.8 g/cm3
Prot�= 16.69 d (síncrona)
Tmáx � = ? KTmed� = 120 K (-153 °C)Tmin = ? K
AtmosferaPatm = residualCO2 100%
Superfície
É o satélite mais craterizado do Sistema Solar.
Superfície sobre uma camada de 150 km de gelos.
Debaixo da sua crosta existe um oceano de água salgada de 10 km. ⇒ Conclusão
obtida pelas variações da resposta de Ganimedes ao campo magnético de Júpiter.
Parâmetros Orbitais
a = 9.537 AU
q = 9.020 AU
Q = 10.053 AU
e = 0.054
i � = 2.5°
Ptra = 29.45 a
Saturno
Missões: Pioneer 11 (NASA) - 1979; Voyager 1, 2 (NASA) - 1980-81; Cassini-Huygens (ESA/NASA/Italia) - 2004
Parâmetros Físicos
D� = 120536 km (9.45 D⊕)
M � = 5.68x1026 kg (95.2 M⊕)
ρ � = 0.7 g/cm3
Prot = 10h47m
Eixo= 26.73°
Tmáx � = ? KTmed� = 143 K (-130 °C)Tmin� = 82 K (-191 °C)(T é definida à altitude onde Patm=1 atm)
Número de satélites � = 47
Saturno
Atmosfera
Patm = 2.1x106 atm(Patm meramente indicativa, definida a uma distância do centro de 0.55 do raio)
Hidrogénio �� 93%Hélio � � � 5%Metano 0.2%Água � � � 0.1%
Saturno
“Atmosfera”
É muito semelhante a Júpiter.
Saturno é menos denso que a água e 10% achatado.
Irradia mais energia do que a que recebe do Sol. ⇒
Possivelmente devido a uma constante chuva de Hélio.
Relâmpagos e “Trovões”
À semelhança de Júpiter, a sonda Cassini detecta o “som electromagnético” de relâmpagos em Saturno.
Anéis
Complexo sistema de anéis. Estruturas Principais:
D, C, B, A e F Divisões de Cassini e de Encke.
Diversas luas perturbam os anéis numa espécie de “pastorícia”.
Anéis
Complexo sistema de anéis. Estruturas Principais:
D, C, B, A e F Divisões de Cassini e de Encke.
Diversas luas perturbam os anéis numa espécie de “pastorícia”.
FA
B
C
Divisão de Encke Divisão de Cassini
D
Anéis
Complexo sistema de anéis. Estruturas Principais:
D, C, B, A e F Divisões de Cassini e de Encke.
Diversas luas perturbam os anéis numa espécie de “pastorícia”.
FA
B
C
Divisão de Encke Divisão de Cassini
D
TitãParâmetros
dJ = 1221931 km
Ptra = 15.9 d
D� = 5150 km (0.404 D⊕)
M � = 1.34x1023 kg (0.022 M⊕)
ρ � = 1.9 g/cm3
Prot�= 15.9 d (síncrona)
Tmáx � = ? K Tmed� = 94 K (-179 °C)Tmin = ? K
AtmosferaPatm = 1.45 atmAzoto 87-99%Metano 1-6%Árgon� � � 0-6%
Atmosfera
É o único satélite com uma atmosfera densa.
Possui um “bruma” que se estende até 300 km de altitude.
Possui vulcanismo de metano.
Atmosfera
É o único satélite com uma atmosfera densa.
Possui um “bruma” que se estende até 300 km de altitude.
Possui vulcanismo de metano.
Atmosfera
É o único satélite com uma atmosfera densa.
Possui um “bruma” que se estende até 300 km de altitude.
Possui vulcanismo de metano.
Superfície
Pouco montanhoso (até agora!).
Possui dunas ⇒ Os ventos são
provocados pelos efeito de maré de Saturno.
Deve ter chovido metano (ainda chove?).
Os supostos oceanos de metano não foram detectados, mas há indícios de ter existido erosão causada por líquidos.
Superfície
Pouco montanhoso (até agora!).
Possui dunas ⇒ Os ventos são
provocados pelos efeito de maré de Saturno.
Deve ter chovido metano (ainda chove?).
Os supostos oceanos de metano não foram detectados, mas há indícios de ter existido erosão causada por líquidos.
Superfície
Pouco montanhoso (até agora!).
Possui dunas ⇒ Os ventos são
provocados pelos efeito de maré de Saturno.
Deve ter chovido metano (ainda chove?).
Os supostos oceanos de metano não foram detectados, mas há indícios de ter existido erosão causada por líquidos.
Parâmetros Orbitais
a = 19.191 AU
q = 18.286 AU
Q = 20.096 AU
e = 0.047
i � = 0.7°
Ptra = 84.07 a
Úrano
Missões: Voyager 2 (NASA) - 1986.Descoberta: 13 de Março de 1781, por W. Herschel.
Parâmetros Físicos
D� = 51118 km (4.0 D⊕)
M � = 8.68x1025 kg (14.54 M⊕)
ρ � = 1.3 g/cm3
Prot = 17h14m
Eixo= 97.8° ⇒ Devido à migração dos
planetas gigantes (Brunini, 2006).
Tmáx � = ? KTmed� = 68 K (-205 °C)Tmin� = 59 K (-214 °C) (T é definida à altitude onde Patm=1 atm)
Número de satélites � = 27
Úrano
Atmosfera
Patm = 0.2x106 atm(Patm meramente indicativa, definida a uma distância do centro de 0.7 do raio)
Hidrogénio �� 83%Hélio � � � 15%Metano 2%
Úrano
Estrutura
Bastante semelhante a Júpiter e Saturno mas sem Hidrogénio metálico.
Modelos sem núcleo rochoso são também consistentes.
Alguns Satélites de Úrano
Todas as luas de Úrano têm nomes de personagens das obras de Shakespeare e de Alexander Pope.
Parâmetros Orbitais
a = 30.068 AU
q = 29.811 AU
Q = 30.327 AU
e = 0.009
i � = 1.7°
Ptra = 164.88 a
Neptuno
Missões: Voyager 2 (NASA) - 1989.Descoberta: 23 de Março de 1846, por Galle e d’Arrest (previsto por Adams e Le Verrier). [Em 1613 Galileu observou Neptuno mas pensou ser uma estrela.]
Parâmetros Físicos
D� = 49528 km (3.88 D⊕)
M � = 1.02x1026 kg (17.15 M⊕)
ρ � = 1.6 g/cm3
Prot = 16h06m
Eixo= 28.3°
Tmáx � = ? KTmed� = 53 K (-220 °C)Tmin� = 50 K (-223 °C)(T é definida à altitude onde Patm=1 atm)
Número de satélites � = 13
Neptuno
Atmosfera
Patm = 0.2x106 atm(Patm meramente indicativa, definida a uma distância do centro de 0.7 do raio)
Hidrogénio �� 80%Hélio � � � 19%Metano 1.5%
Neptuno
Nuvens e Tempestades
Tem uma atmosfera mais activa que Úrano.
Ventos atingem os 2000 km/h.
Grandes Estruturas:
Grande Mancha Negra: desapareceu em 1994!
Pequena Mancha Negra.
Scooter.
Nuvens e Tempestades
Tem uma atmosfera mais activa que Úrano.
Ventos atingem os 2000 km/h.
Grandes Estruturas:
Grande Mancha Negra: desapareceu em 1994!
Pequena Mancha Negra.
Scooter.
Arcos e Anéis
Sistema de 6 anéis: Galle, Le Verrier, Arago, Lassell, “sem nome”, Adams.
O anel de Adam tem 5 arcos: Liberté, Egalité 1, Egalité 2, Fraternité, Courage.
Arcos e Anéis
Sistema de 6 anéis: Galle, Le Verrier, Arago, Lassell, “sem nome”, Adams.
O anel de Adam tem 5 arcos: Liberté, Egalité 1, Egalité 2, Fraternité, Courage.
TritãoParâmetros
dJ = 354800 km
Ptra�= -5.9 d (retrógrado)
D� = 2707 km (0.21 D⊕)
M � = 2.15x1022 kg (0.0036 M⊕)
ρ � = 2.0 g/cm3
Prot�= -5.9 d (síncrono)
Tmed� = 35 K (-238 °C)
AtmosferaPatm = 0.00001 atmAzoto 99.9%Metano 0.1%
Características
Orbita Neptuno no sentido retógrado ⇒ Tritão tinha uma lua quando foi
capturado, perdendo-a na captura (Agnor & Hamilton, 2006).
É o objecto mais frio do Sistema Solar.
Superfície é jovem, indicando actividade recente, havendo indícios de criovulcanismo.