O Sistema Solar:seus componentes e características

Roberto Ortiz ­ EACH/USP

   

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 não­esféricos (Juno, Ida, Vesta, etc.)

   

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”.

   

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 5500oC).

● Vista ao telescópio, apresenta um aspecto granulado, devido à convecção.

● Na fotosfera observa­se também o escurecimento centro­limbo.

   

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 eclipsessolares como um círculo muito vermelhoem torno do disco solar.

   

Além da cromosfera...

● Acima da cromosfera situa­se a “zona de transição”.

● Acredita­se que o campo magnético seja o responsável pela aceleração dos elétrons e portanto do aquecimento da atmosfera solar além da zona de transição.

   

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.

   

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.

   

Corona e protuberâncias solares

Manchas Solares

Protuberância

   

   

Planetas Telúricos

● Mercúrio, Vênus, Terra e Marte.

● Situados  a  uma  distância  de  até  2  U.A.  do  Sol, caracterizam­se  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.

   

Alguns dados sobre os planetas telúricos:

   

● 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.

   

● 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.

   

Composição atmosférica dosplanetas telúricos:

Mercúrio:

não tem atmosfera

Vênus:

97% CO2, 3% N

2, traços de SO

2 e Ar.

Terra:

78% N2, 21% O

2, 0.9% Ar.

Marte:

95% CO2, 3% N

2, 0.3% de CO, 0.1% O

2.

   

Temperatura na superfície dosplanetas telúricos:

Mercúrio:

T = 170oC

Vênus:

T = 460oC

Terra:

T = 15 – 20oC

(Lua: T = ­150 ­ +110oC)

Marte:

T = ­90 ­ ­5oC

   

Mercúrio

   

● A  estrutura  do  planeta Mercúrio  é  semelhante  à  dos demais planetas telúricos.

● Estima­se  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.

   

● 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.

   

Vênus

   

Nuvens

● Popularmente denominado “estrela d'Alva”, Vênus é sempre avistado a uma elongação máxima de 47o 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).

   

Missões não­tripuladas

● Diversas missões não­tripuladas foram enviadas a Vênus: Venera (Russia, 1961­1982), Mariner (EUA, 1962­1969), 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)

   

● 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 500oC, muito mais alta do que a de Mercúrio, devido ao efeito estufa.

Venera 10 (lander)

   

A superfície de Vênus

Acima: imagem do solo venesiano (sonda Venera 13).

   

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

   

Marte

   

   

   

   

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. 

   

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.

   

   

Calotas polares

● O eixo de rotação de Marte é inclinado 25o 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.

   

Planetas Gasosos

   

Planetas Gasosos

● Júpiter, Saturno, Urano e Netuno.

● Situados  a  uma  distância  além  de  4  U.A.  do  Sol, caracterizam­se  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.

   

● 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.

   

Alguns dados sobre os planetas gasosos:

   

Composição atmosférica dosplanetas gasosos:

Júpiter:

90% H, 10% He, 0.3% CH4, 0.03% NH3

Saturno:

96% H, 3% He, 0.4% CH4, 0.01% NH3 .

Urano:

83% H, 15% He, 2.3% CH4, .

Netuno:

80% H, 19% He, 1.5% CH4.

   

Temperatura na superfície dosplanetas gasosos:

Júpiter:

T = ­ 160oC

Saturno:

T = ­ 190oC

Urano:

T = ­ 220oC

Netuno:

T = ­ 220oC

   

   

Júpiter

   

● 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.

   

● 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.

   

● 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.

   

● 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.

   

Saturno

   

● 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.

   

Visão interna dos anéis (concepção artística)

   

● 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)

   

● A atmosfera de Titã é composta por 98% de N2 , 1.6% CH4 e traços de hidrocarbonetos.

● Além da Terra é a única atmosfera composta majoritariamente por N2 

 no Sistema Solar.

   

Urano

   

● 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.

   

● Urano possui mais de 27 satélites.

● Eles são compostos por 50% de rocha e 50% de gelo, possivelmente de NH3 e CO2.

   

Netuno

   

● Muito semelhante a Urano, Netuno tem cor azulada graças à presença de CH4.

● 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.

   

Para saber mais:

● Astronomia & Astrofísica, S.O. Kepler & Maria de Fátima Saraiva, Cap. 14.