Astrobiologia.Exoplanetas

Prof. Dr. Walter F. de Azevedo Jr.

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Tarefas

1) Calcule temperatura efetiva (Te) para os outros planetas do sistema solar, considerando

os dados abaixo.

Planeta Albedo Irradiação solar (W/m2) Te(oC )

Mercúrio 0,06 6272

Vênus 0,71 2576

Marte 0,17 492

Júpiter 0,73 45,9

Saturno 0,76 13,4

Urano 0,93 3,39

Netuno 0,84 1,47

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𝑇𝑒 =4 𝐾𝑠 1 − 𝑎𝑙𝑏𝑒𝑑𝑜

4𝜎=

4 6272 1 − 0,06

4.5,670373 . 10−8

𝑇𝑒 = 401,53𝐾

𝑇𝑒 = 401,53 -273,15 = 128,38o C

Cálculo da Temperatura Efetiva (Te)

Mercúrio

Dados:

Albedo = 0,06

KS = 6272 W m-2

= 5,670373 x 10-8 W m-2 K-4

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𝑇𝑒 =4 𝐾𝑠 1 − 𝑎𝑙𝑏𝑒𝑑𝑜

4𝜎=

4 2576 1 − 0,71

4.5,670373 . 10−8

𝑇𝑒 = 239,56𝐾

𝑇𝑒 = 239,56-273,15 = -33,59o C

Cálculo da Temperatura Efetiva (Te)

Vênus

Dados:

Albedo = 0,71

KS = 2576 W m-2

= 5,670373 x 10-8 W m-2 K-4

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𝑇𝑒 =4 𝐾𝑠 1 − 𝑎𝑙𝑏𝑒𝑑𝑜

4𝜎=

4 492 1 − 0,17

4.5,670373 . 10−8

𝑇𝑒 = 205,99𝐾

𝑇𝑒 = 205,99-273,15 = -67,16o C

Cálculo da Temperatura Efetiva (Te)

Marte

Dados:

Albedo = 0,17

KS = 492 W m-2

= 5,670373 x 10-8 W m-2 K-4

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𝑇𝑒 =4 𝐾𝑠 1 − 𝑎𝑙𝑏𝑒𝑑𝑜

4𝜎=

4 45,9 1 − 0,73

4.5,670373 . 10−8

𝑇𝑒 = 85,98𝐾

𝑇𝑒 = 85,98-273,15 = -187,17o C

Cálculo da Temperatura Efetiva (Te)

Júpiter

Dados:

Albedo = 0,73

KS = 45,9 W m-2

= 5,670373 x 10-8 W m-2 K-4

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𝑇𝑒 =4 𝐾𝑠 1 − 𝑎𝑙𝑏𝑒𝑑𝑜

4𝜎=

4 13,4 1 − 0,76

4.5,670373 . 10−8

𝑇𝑒 = 61,36𝐾

𝑇𝑒 = 61,36-273,15 = -211,79o C

Cálculo da Temperatura Efetiva (Te)

Saturno

Dados:

Albedo = 0,76

KS = 13,4 W m-2

= 5,670373 x 10-8 W m-2 K-4

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𝑇𝑒 =4 𝐾𝑠 1 − 𝑎𝑙𝑏𝑒𝑑𝑜

4𝜎=

4 3,39 1 − 0,93

4.5,670373 . 10−8

𝑇𝑒 = 31,98𝐾

𝑇𝑒 = 31,98-273,15 = -241,17o C

Cálculo da Temperatura Efetiva (Te)

Urano

Dados:

Albedo = 0,93

KS = 3,39 W m-2

= 5,670373 x 10-8 W m-2 K-4

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𝑇𝑒 =4 𝐾𝑠 1 − 𝑎𝑙𝑏𝑒𝑑𝑜

4𝜎=

4 1,47 1 − 0, 84

4.5,670373 . 10−8

𝑇𝑒 = 31,91𝐾

𝑇𝑒 = 31,91-273,15 = -241,24o C

Cálculo da Temperatura Efetiva (Te)

Netuno

Dados:

Albedo = 0,84

KS = 1,47 W m-2

= 5,670373 x 10-8 W m-2 K-4

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Tarefas

1) Calcule temperatura efetiva (Te) para os outros planetas do sistema solar, considerando

os dados abaixo.

Planeta Albedo Irradiação solar (W/m2) Te(oC )

Mercúrio 0,06 6272 128,38

Vênus 0,71 2576 -33,59

Marte 0,17 492 -67,16

Júpiter 0,73 45,9 -187,17

Saturno 0,76 13,4 -211,79

Urano 0,93 3,39 -241,17

Netuno 0,84 1,47 -241,24

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Tarefas

2) Comparando-se as temperaturas efetivas com as temperaturas

médias de cada planeta, qual planeta apresenta maior diferença

percentual? Considere no denominador a temperatura média.

Explique a principal razão para a diferença.

Planeta Albedo Irradiação solar (W/m2) Te ( o C) Tmédia ( o C)

Mercúrio 0,06 6272 128,38 427

Vênus 0,71 2576 -33,59 480

Terra 0,31 1361 -19,49 14

Marte 0,17 492 -67,16 -63

Júpiter 0,73 45,9 -187,17 -130

Saturno 0,76 13,4 -211,79 -130

Urano 0,93 3,39 -241,17 -200

Netuno 0,84 1,47 -241,24 -200

azevedolab.net Cálculo da Diferença Percentual na Temperatura (D%)

Mercúrio

Vênus

Terra

Marte

𝐷% =𝑇𝑒 − 𝑇𝑚é𝑑𝑖𝑎

𝑇𝑚é𝑑𝑖𝑎. 100 =

128,38 − 427

427. 100 = 69,9%

𝐷% =𝑇𝑒 − 𝑇𝑚é𝑑𝑖𝑎

𝑇𝑚é𝑑𝑖𝑎. 100 =

−33,59 − 480

480. 100 = 106,99%

𝐷% =𝑇𝑒 − 𝑇𝑚é𝑑𝑖𝑎

𝑇𝑚é𝑑𝑖𝑎. 100 =

−19,49 − 14

14. 100 = 239,21%

𝐷% =𝑇𝑒 − 𝑇𝑚é𝑑𝑖𝑎

𝑇𝑚é𝑑𝑖𝑎. 100 =

−67,16 − (−63)

−63. 100 = 6,60%

azevedolab.net Cálculo da Diferença Percentual na Temperatura (D%)

Júpiter

Saturno

Urano

Netuno

𝐷% =𝑇𝑒 − 𝑇𝑚é𝑑𝑖𝑎

𝑇𝑚é𝑑𝑖𝑎. 100 =

−187,17 − (−130)

−130. 100 = 43,98%

𝐷% =𝑇𝑒 − 𝑇𝑚é𝑑𝑖𝑎

𝑇𝑚é𝑑𝑖𝑎. 100 =

−211,79− (−130)

−130. 100 = 62,92%

𝐷% =𝑇𝑒 − 𝑇𝑚é𝑑𝑖𝑎

𝑇𝑚é𝑑𝑖𝑎. 100 =

−241,17− (−200)

−200. 100 = 20,59%

𝐷% =𝑇𝑒 − 𝑇𝑚é𝑑𝑖𝑎

𝑇𝑚é𝑑𝑖𝑎. 100 =

−241,24 − (−200)

−200. 100 = 20,62%

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Tarefas

2) Comparando-se as temperaturas efetivas com as temperaturas

médias de cada planeta, qual planeta apresenta maior diferença

percentual? Considere no denominador a temperatura média.

Explique a principal razão para a diferença.

Resposta:

O planeta que apresenta maior diferença percentual considerando-

se a temperatura média no denominador é a Terra. A razão para

diferença reside no efeito estufa observado na Terra. Veja que a

menor diferença percentual é para Marte, devida a baixa densidade

dos gases da sua atmosfera. Se considerarmos no denominador a

temperatura efetiva, os resultados mudam. Calcule a diferença

percentual considerando-se a temperatura efetiva no denominador.

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Tarefas

3) Selecione um dos artigos para o seminário.

Artigo 01: Chatterjee S. A symbiotic view of the origin of life at hydrothermal impact

crater-lakes. Phys Chem Chem Phys. 2016;18(30):20033-20046.

Artigo 02: Chatterjee S, Yadav S. The Origin of Prebiotic Information System in the

Peptide/RNA World: A Simulation Model of the Evolution of Translation and the Genetic

Code. Life (Basel). 2019; 9(1). pii: E25.

Artigo 03: Koonin EV, Novozhilov AS. Origin and Evolution of the Universal Genetic

Code. Annu Rev Genet. 2017; 51:45-62.

Artigo 04: Koonin EV. Frozen Accident Pushing 50: Stereochemistry, Expansion, and

Chance in the Evolution of the Genetic Code. Life (Basel). 2017;7(2). pii: E22.

Artigo 05: Lanier KA, Williams LD. The Origin of Life: Models and Data. J Mol Evol. 2017;

84(2-3):85-92.

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Fonte: <https://www.scienceabc.com/nature/universe/how-do-you-measure-the-distance-to-a-star.html>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

Cálculo da Distância de Estrelas Próximas

Junho

Dezembro Estrela

Próxima

Estrelas Distantes

r

d

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Fonte: <https://www.ast.cam.ac.uk/~mjp/astroparallax.html>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

Cálculo da Distância de Estrelas Próximas

Esta estrela move-se 1 segundo de arco entre as fotos

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Fonte: <https://www.ast.cam.ac.uk/~mjp/astroparallax.html>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

tan 𝜃 =𝑟

𝑑→ 𝑑 =

𝑟

tan 𝜃→ 𝑑 ≅

𝑟

𝜃

d

r

Cálculo da Distância de Estrelas Próximas

𝑑 =𝑟

tan𝜃

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𝑑 =𝑟

tan𝜃=

1,5. 1011𝑚

tan 2,7777. 10−4= 3,09. 1016𝑚 = 1 𝑝𝑎𝑟𝑠𝑒𝑐 = 3,26 𝑎𝑛𝑜𝑠 𝑙𝑢𝑧

Cálculo da Distância de Estrelas PróximasExemplo: Calcule a distância de uma estrela que se move 1 segundo de arco.

Passo 1. Determine o ângulo em graus

1 segundo de arco é 1/3600 graus, = 2,7777.10-4 o

Passo 2. Calcule a distância

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Fonte: <https://exoplanets.nasa.gov/alien-worlds/ways-to-find-a-planet/>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

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Fonte: <https://exoplanets.nasa.gov/alien-worlds/ways-to-find-a-planet/>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

azevedolab.net

Fonte: <https://www.smithsonianmag.com/science-nature/how-do-astronomers-actually-find-exoplanets-180950105/>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

azevedolab.net

Fonte da imagem: <https://space.fm/astronomy/images/diagrams/doppler_large.jpg>

Acesso em 27 de setembro de 2019.

Efeito Doppler

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Efeito Doppler

Fonte da imagem: <https://cseligman.com/text/stars/radialvelocity.htm>

Acesso em 27 de setembro de 2019.

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∆𝜆 = 𝜆0𝑣

𝑐

Variação do Comprimento de Onda

Comprimento de Onda no Repouso

Velocidade Radial

Velocidade da Luz

Fonte da equação: <http://spiff.rit.edu/classes/phys240/lectures/expand/expand.html>

Acesso em 27 de setembro de 2019.

Efeito Doppler

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𝑣 = 𝑐∆𝜆

𝜆0

Variação do Comprimento de Onda

Comprimento de Onda no Repouso

Velocidade Radial

Velocidade da Luz

Fonte da equação: <http://spiff.rit.edu/classes/phys240/lectures/expand/expand.html>

Acesso em 27 de setembro de 2019.

Efeito Doppler

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Fonte da imagem:<http://spiff.rit.edu/classes/phys240/lectures/expand/expand.html>

Acesso em 27 de setembro de 2019.

Efeito Doppler

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Fonte da equação: <http://spiff.rit.edu/classes/phys240/lectures/expand/expand.html>

Acesso em 27 de setembro de 2019.

Efeito Doppler

𝑣 = 𝑐∆𝜆

𝜆0

Variação do Comprimento de Onda

Comprimento de Onda no Repouso

Velocidade Radial

Velocidade da Luz

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Fonte da imagem:

<https://www.esa.int/spaceinimages/Images/2003/06/Radial_velocity_measurements_for_the_star_51_Pegasi_taken_at_different_times>

Acesso em 27 de setembro de 2019.

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Fonte da imagem: <https://www.esa.int/spaceinimages/Images/2019/02/Detecting_exoplanets_with_radial_velocity>

Acesso em 27 de setembro de 2019.

𝑣 = 𝑐∆𝜆

𝜆0

Variação do Comprimento de Onda

Comprimento de Onda no Repouso

Velocidade Radial

Velocidade da Luz

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Fonte: <https://exoplanets.nasa.gov/alien-worlds/ways-to-find-a-planet/>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

azevedolab.net

Fonte: <https://www.cfa.harvard.edu/~avanderb/tutorial/transitgif2.gif>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

azevedolab.net

Fonte: <https://www.smithsonianmag.com/science-nature/how-do-astronomers-actually-find-exoplanets-180950105/>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

Estrela

Planeta

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Fonte: <https://www.smithsonianmag.com/science-nature/how-do-astronomers-actually-find-exoplanets-180950105/>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

azevedolab.net

Fonte: <https://exoplanets.nasa.gov/alien-worlds/ways-to-find-a-planet/>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

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Fonte: <https://exoplanets.nasa.gov/alien-worlds/ways-to-find-a-planet/>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

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Fonte: <https://i.pinimg.com/originals/5f/d3/22/5fd322583bf4bdca8feef5dabcce402a.gif>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

𝑇2 =4𝜋2

𝐺𝑀𝑎3

Período orbital

Constante da gravitação

Massa do planeta

Semieixo da elipse

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Fonte: <https://exoplanets.nasa.gov/alien-worlds/ways-to-find-a-planet/>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

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Fonte: <https://www.esa.int/spaceinimages/Images/2019/02/Detecting_exoplanets_with_direct_imaging>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

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Fonte: <https://www.smithsonianmag.com/science-nature/how-do-astronomers-actually-find-exoplanets-180950105/>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

azevedolab.net

Fonte: <https://exoplanets.nasa.gov/alien-worlds/ways-to-find-a-planet/>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

azevedolab.net

Fonte: <https://www.smithsonianmag.com/science-nature/how-do-astronomers-actually-find-exoplanets-180950105/>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

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Fonte: <https://exoplanets.nasa.gov/alien-worlds/ways-to-find-a-planet/>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

azevedolab.net

Fonte: <https://earthsky.org/space/how-do-astronomers-discover-exoplanets>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

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Tess (Transiting Exoplanet Survey Satellite)

Fonte: <https://www.sciencemag.org/sites/default/files/styles/inline__699w__no_aspect/public/TESS_16x9_0.jpg?itok=XxaSARaa >.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

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Tess (Transiting Exoplanet Survey Satellite)

Fonte:

< https://manyworlds.space/2018/04/18/nasas-planet-hunter-tess-has-just-been-launched-to-check-out-the-near-exoplanet-neighborhood/ >.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

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Fonte: <https://www.sciencemag.org/sites/default/files/styles/inline__699w__no_aspect/public/TESS_16x9_0.jpg?itok=XxaSARaa >.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

Três planetas encontrados no sistema TOI-270.

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Fonte: <https://cdn.britannica.com/51/139551-050-F6477A81/stars-zones-areas-Sun-surface-water-result.jpg>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

azevedolab.net

Fonte: <https://www.space.com/nasa-spots-missing-link-exoplanets-super-earth.html>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

Três planetas encontrados no sistema TOI-270.

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Fonte: <https://www.space.com/nasa-spots-missing-link-exoplanets-super-earth.html>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

Três planetas encontrados no sistema TOI-270.

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Fonte: <https://www.space.com/nasa-spots-missing-link-exoplanets-super-earth.html>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

Três planetas encontrados no sistema TOI-270.

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Fonte: <https://www.sciencealert.com/three-new-planets-have-been-discovered-in-a-dazzling-system-just-73-light-years-away>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

Três planetas encontrados no sistema TOI-270.

azevedolab.net

Fonte: <https://www.inverse.com/article/58083-nasa-tess-finds-three-new-exoplanets>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

Três planetas encontrados no sistema TOI-270.

azevedolab.net

K2-18b

Fonte: <https://www.bbc.com/news/science-environment-49648746>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

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K2-18b

Fonte: <https://www.bbc.com/news/science-environment-49648746>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

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Sonda Ariel (ESA)

Fonte: <https://www.bbc.com/news/science-environment-49648746>.

Acesso em 27 de setembro de 2019.

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Tarefas

1) Calcule a distância de uma estrela que apresenta um deslocamento de = 0,5 segundo

de arco. Expresse a distância em metros, parsecs e anos-luz.

2) Determine o ângulo apresentado pelo sistema TOI 270 que está a uma distância de 73

anos luz.

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Material Relacionado à Aulahttps://www.smithsonianmag.com/science-nature/how-do-astronomers-actually-find-exoplanets-180950105/

https://exoplanets.nasa.gov/

http://www.exoplanetkyoto.org/exohtml/TOI-270_c.html

https://www.nature.com/articles/s41550-019-0845-5

https://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/How_to_find_an_extrasolar_planet

https://www.space.com/nasa-spots-missing-link-exoplanets-super-earth.html

https://www.sciencemag.org/news/2019/07/newly-discovered-exoplanet-trio-could-unravel-mysteries-super-earth-formation

https://tess.mit.edu/