Exploração dos Planetas Jovianos

• Pioneer: A sonda norte-americana Pioneer 10 (1972), passou a 132.250 km de Júpiter, enviando à Terra mais de 500 fotografias deste e principalmente dados acerca da magnetosfera e ionosfera deste planeta. Pioneer 11 (1975) passou a menos de 50.000 km de Júpiter, obtendo melhores imagens que a sua antecessora. Aproveitou o campo gravitacional de Júpiter para se dirigir para Saturno, onde passou a 3.500 km do seu anel mais externo.

Rota das missões Voyager

• Voyager (1 e 2): Lançadas em 1977, a sondas Voyager custaram menos

que um Bombardeiro da USAF. Durante os 12 anos da missão, exploraram os 4 planetas Jovianos, 10 de suas luas, além dos anéis e das magnetosferas destes. O alinhamento usado, principalmente pela Voyager 2, para encurtar o caminho de um planeta a outro, apenas ocorre uma vez a cada 176 anos, caso não houvesse tal alinhamento, e por conseguinte a possibilidade de se usar o estilingue gravitacional, a viagem até Netuno levaria não menos que 30 anos. Voyager 1 encontrou 9 vulcões ativos em Io. Em Saturno, a Voyager 1 foi desviada de modo a explorar a lua Titan, de modo que perdeu seu alinhamento com o plano da eclíptica , saindo assim do sistema solar. Voyager 2 descobriu 10 novas luas em Urano, e detectou a Grande Mancha Escura de Netuno, inclusive verificando que os ventos deste planeta são os mais violentos do sistema solar. Voyager 2 continua ativa, estando agora nas proximidades do cinturão de Kuiper.

• Galileo (NASA e ESA, 1989): Sonda destinada a uma missão orbitando Júpiter e seus satélites. Chegou a Júpiter em 1995, liberando em sua atmosfera uma sonda, a qual desceu pela atmosfera de Júpiter a uma velocidade de 2400km/h, coletando 95 minutos de dados acerca do condições a sua volta, até que foi derretida e vaporizada pelo intenso calor. Seus dados mostraram ventos de 600km/h, além de descargas elétricas nas proximidades. A partir do lançamento da Sonda atmosférica, a Galileo iniciou uma completa exploração dos satélites galileanos, em especial Europa, tarefa esta que mantém até hoje.

Principais dados da sonda atmosférica lançada pela Galileo em Júpiter.

• Cassini – Huygens (Nasa): Lançada em 1997, sua chegada em Saturno está prevista para 2004. Além da Sonda, chamada Cassini, que permanecerá em órbita de Saturno, objetivando o modelamento dos seus anéis, bem como a exploração de seus satélites, há também a sonda atmosférica, chamada Huygens, a qual penetrará a atmosfera de Titan, de modo a estudar sua composição, dinâmica e procurar por vida.

Plutão

• Descoberto em 1930, por Clyde W. Tombaugh , Plutão está muito distante, de modo que ainda não foi explorado por nenhuma sonda, e não se pode obter muito por imagens obtidas por telescópios, mesmo em se tratando do Telescópio Hubble.

• Distância média do Sol: 5.900 milhões de km • Diâmetro equatorial: 2.300 km (menor que 7 satélites) • Massa: 0,002 massas terrestres

• Gravidade: 0,5 m/s² • Densidade: 2030 kg/m³ • Rotação: 6,39 dias • Translação: 248 anos • Satélites conhecidos: 1 • Temperatura: -235/-210 (°C) • A lua de Plutão, Charon, dista 19.640km de Plutão e possui uma massa

de 0,0003 massas terrestres, o que corresponde a cerca de 20% da massa de Plutão. Devida a esta mínima diferença de massa, Charon e Plutão orbitam um ao outro e estão sempre com a mesma face voltada um para o outro.

• A órbita de Plutão é bastante excêntrica, de modo que este está mais perto do Sol que Netuno durante 20 anos, dos 249 anos que correspondem ao ano de Plutão. O que sugere que ele fora satélite de Netuno.

Ilustração mostrando a órbita de Urano, Netuno e Plutão. Primeiro (esquerda) no plano perpendicular ao plano da Eclíptica e depois no plano da Eclíptica. Há também uma ilustração dos eixos de rotação.

Cinturões de Kuiper e Nuvem de Oort

Imagem, invertida, do cinturão de Kuiper exibindo vários dos seus objetos, chamados de planetas menores.

Nuvem de Oort, contendo, no detalhe, o cinturão de Kuiper e o sistema solar.

• A Nuvem de Oort (hipótese do Holandês Jan Oort, em 1950) um aglomerado de astros gelados que se encontra a cerca de 50000UA ( extendendo-se 3 anos-luz) do Sol, sendo este a fronteira do sistema solar e berço dos Cometas. Supõem-se que os cometas nascem devido a perturbações gravitacionais, devido, entre outros, ao movimento das estrelas próximas. Um astro desta nuvem tem um período de translação em torno do Sol de cerca de 50 milhões de anos.

• O Cinturão de Kuiper é a região mais próxima e densa do cinturão de Oort, sendo que este se localiza logo após a órbita de Netuno. Muitos pequenos planetas já foram identificados neste cinturão, sendo que se pode dizer que Plutão, Charon e Quaoar são os maiores dentre estes.

Cometas

• Cometas são corpos pequenos, frágeis e de formato irregular compostos por uma mistura de grãos não voláteis e gases congelados. Têm órbitas muito elípticas que os trazem muito próximo do Sol e os levam longe no espaço, para a região onde foram formados, a Nuvem de Oort.

• Estima-se uma população de 100 bilhões de cometas na Nuvem de Oort. • Além dos cometas deste cinturão, este uma segunda família de cometas,

chamados de Jupterianos, os quais possuem um período de cerca de 20 anos. Estes são formados nas proximidades de Júpiter, após o cinturão de Asteróides.

Ilustração das órbitas dos cometas. Primeiro (esquerda) , os cometas Jupterianos, com período de cerca de 20 anos, onde se vê em azul a órbita de Júpiter. Depois (direita) cometas da Nuvem de Oort. O circulo vermelho denota aproximadamente a órbita de Plutão. Alguns dos cometas ilustrados possuem uma órbitas intermediária, isto é, com afélios entre Júpiter e Netuno, como é o caso do Cometa Halley, com período de 72 anos.

• A estrutura dos cometas é diversa e muito dinâmica, mas todos desenvolvem uma nuvem de matéria difusa, chamada coma, que geralmente cresce em diâmetro e brilho enquanto o cometa se aproxima do Sol. Esta coma atinge um diâmetro de 100.000km. Geralmente vê-se no meio da coma um núcleo pequeno (menos de 10 km de diâmetro) e brilhante. A coma e o núcleo juntos constituem a cabeça do cometa.

• A cada passagem pelo periélio estima-se que o cometa perde 1/100 de sua massa, devido a vaporização do gelo, levando consigo fragmentos das rochas que o forma.

• O núcleo do cometa é formado de gelo sujo, sendo o gelo formado de água e hidratos de vários substâncias, como metano, amônia e dióxido

de carbono. A sujeira é composta por rochas não-voláteis. A completa estrutura do núcleo ainda é desconhecida, e sendo de difícil observação, são importantes os dados de sonda levados para as proximidades dos cometas.

Diferentes hipóteses para a estrutura do núcleo: A) conglomerado de gelo sujo. B) agregado de flocos. C) “pacote de entulho”. D) Blocos de pedras dos mais variados tamanhos presos entre si pelo gelo.

• A cauda do cometa pode ser entendida como um prolongamento do

coma na direção oposta ao do Sol. Nos cometas mais brilhantes, este comprimento chega a atingir 1UA. A cauda do cometa possui duas estruturas distintas:

Tipo I: Cauda ionizada devido a processos fotodissociativos e fotoionizantes da radiação solar sobre a superfície do núcleo. Ela é levada pelo vento solar, em específico, pelo campo magnético deste vento (campo magnético interplanetário). Esta cauda tende a ser mais retilínea, estreita e bem estruturada. Tipo II: Formada por grãos de poeira, sendo levada devido a pressão que a radiação solar faz ao incidir nos mesmos. Sendo esta pressão de pouca intensidade, esta cauda tende a ser curva, acompanhando a órbita do cometa. Apresenta distribuição de espectral de brilho mais homogênea e é mais larga.

Esquema mostrando os tipos de cauda de um cometa e fotografia do Hale-Bop, sendo que em azul temos a cauda do tipo I (plasma)

Exploração dos cometas

• Giotto: Missão Européia lançada em 1986 para explorar o cometa

Halley durante sua passagem nas proximidades da Terra. Fotografou seu núcleo, e realizou análise da cauda do cometa, além do campo magnético (vide figura acima). Problemas com a nave impediram um completo aproveitamento da missão. A sonda também passou nas proximidades do cometa Grigg-Skjellerup.

• As missões Deep Space 01 e Stardust (Norte-americanas) estão em andamento e devem encontrar com os cometas Borrely e Wild respectivamente.

Asteróides

• São corpos de dimensão muito inferior ao dos planetas, cujo o nome significa “com aparência estrelar”.

• Como não sofreram metamorfismos decorrentes de fusão e de fracionamento gravitacional, são de muita importância para o entendimento dos primórdios do sistema solar. Afinal, permanecem com as mesmas características físicas e químicas do tempo de sua formação.

• O maior dos Asteróides é Ceres, o qual possui 0,005 vezes a massa de Mercúrio.

• A soma da massa de todos os asteróides juntos corresponde ao dobro da massa de Ceres.

• A massa dos asteróides é medida tendo-se como base a influência gravitacional deste nos outros, bem como dos planetas nestes asteróides. Já o tamanho é medido utilizando-se do eclipse estrelar causado pela passagem de algum asteróide na frente de uma estrela conhecida.

• A maior parte dos asteróides catalogados situa-se numa órbita quase circular entre Marte e Júpiter. Por isso esta região é chamada de Cinturão de Asteróides. Esta região, como confirmou as sondas Pioneer e Voyager, é livre de “poeira fina”, tendo toda esta se depositado nos asteróides.

O cinturão de Asteróides. Primeiro (Esquerda) vendo o plano da Eclíptica e depois no plano perpendicular a este. Note como a órbita do asteróide Palas é inclinada. Em vermelho temos a órbita de Marte e em azul a da Terra.

• Além dos asteróides presentes no cinturão, existe um segundo grupo, bem menor, chamado de subgrupo de asteróides Troianos. Eles se encontram na órbita de Júpiter, sempre eqüidistando 60o a frente e 60o atrás do planeta.

• O entendimento de como os asteróides se comportam em suas órbitas implica na resolução de um problemas de muitos corpos, o que é impossível. Para aproximar o comportamento destes objetos utiliza-se técnicas como a da mecânica do Caos, com a qual se pode explicar várias ressonâncias existentes no cinturão de asteróides.

• Há ainda outros dois subgrupos de Asteróides: Amor e Apollo. Os membros do subgrupo Amor, bem numerosos, possuem periélio além da órbita da Terra, isto é, nunca poderão colidir com esta. Alguns podem ser tidos como cometas.

• Os asteróides do subgrupo Apollo possuem órbitas excêntricas, com periélio muito próximo ao Sol. Estes são poucos numerosos, tendo em vista que possuem grande probabilidade de colisão com os planetas Telúricos. Existem apenas 60 catalogados até o momento.

• A Exploração Espacial dos Asteróides está em seu começo, sendo a mais importante missão até o momento a da Sonda NEAR, a qual estudou o asteróide Eros (40x14x14 quilômetros) com sucesso.

Meteoritos e Meteoros

• Corpos menores que os asteróides e muito abundantes, são chamados de meteoróides. A velocidade destes é de no mínimo 11km/s e no máximo de 53,5km/s.

• Colidem todo o tempo com a atmosfera, sendo que apenas aqueles de maior massa, 1 tonelada por exemplo, podem vencer a atmosfera e cair na superfície. A parte do meteoróide que cai na superfície é chamada de meteorito.

• Dentre os meteoritos, cerca de 1/3 são chamados meteoritos de queda, pois sua queda é visualizada e acompanhada. Os outros são achados algum tempo após terem caído.

• Meteoritos são classificados em três grupos: Rochosos, Ferrosos e rochosos-ferrosos. E por sua vez os rochosos são classificados em acondritos e condritos. Os acondritos são similares as rochas balsáticas vulcânicas. Já os condritos não apresentam similar na Terra, apresentando-se permeados de esferas milimétricas, como gotas

fundidas a alta temperatura. Estes últimos são em geral mais antigos, apresentando a mesma idade do Sol.

• Os meteoritos ferrosos são constituídos basicamente de Ferro, com pitadas de Níquel.

• Já os Meteoros são apenas efêmeros traços luminosos produzidos pelo

atrito entre a atmosfera e fragmentos cósmicos, em geral de origem cometária.

• Numa noite clara, pode-se ver a olho nu 10 meteoros por hora. Em algumas épocas, no entanto, o número de meteoros aumenta significativamente, devido a passagem da Terra por Nuvens de poeira cósmica (zodiacal) deixados por cometas. Os mais conhecidos dentre estes fenômenos são os dracônidas (meados de Outubro) e Andromédidas (final de Novembro).

Efeitos da Colisão de um Asteróide de grande porte com um Planeta

Ilustração exibindo como o impacto de um asteróide pode acarretar mudanças climáticas globais e principalmente um colapso da humanidade, principalmente de sua economia.

Dentre os grupos de Asteróides, apenas o subgrupo Apollo possui chances de se colidir com a Terra. O maiores dentre estes, Ícarus e Hermes já passaram a menos de 10 milhões de quilômetros da Terra no século passado. A probabilidade de colisão com um deles é de 1 para 200 milhões. Um monitoramento constante, por outro lado, mostra que alguns asteróides de menor dimensão podem vir a colidir com a Terra ainda neste milênio. O primeiro e mais provável dentre eles é 1950DA, que pode vir a se chocar com a Terra em 2880. O choque do mesmo abriria uma cratera do tamanho do Mato-grosso, e destruiria praticamente todo o continente sul-americano. Como evitar o impacto??

Uma das possibilidade é a utilização do efeito Yarkovsky. Este efeito causa a deflexão do movimento de pequenos corpos. O que acontece é que corpos que giram desviam seu movimento dependendo da sua geometria e da área iluminada. Se o aquecimento de um lado for assimétrico com relação ao outro, a diferença de energia irradiada pelo asteróide causará um pequeno empuxo que o desviará de sua órbita. Dependendo da situação (como na figura) pode-se levar o asteróide para longe do Sol (caso da esquerda) ou para mais perto do Sol (direita). No entanto, como pouco se sabe sobre o asteróide 1950DA, não há como se saber se o efeito Yarkovsky é aplicável.

O Meteorito ALH84001 e a vida no extraterrestre

Imagem microscópica do interior do meteorito ALH84001 descoberto na Antártida, exibindo formações muito semelhante a de fósseis de bactérias.

Esquema mostrando a geometria e a estrutura da superfície após o choque de um meteorito de grandes dimensões ( e a 15 km/s). Pode-se ver matéria sendo ejetada da superfície numa velocidade de 7km/s.

A existência de vida em Marte tem sido especulada desde a observação de pequenos canais em sua superfície por vários astrônomos. No entanto a maior evidência em favor desta hipótese veio da descoberta do meteorito ALH84001, exibido a comunidade científica em 1996. Este meteorito chegou a Terra há pelo menos 13000 anos, vindo provavelmente da Superfície de Marte. Como se pode na ilustração acima, a colisão de um grande asteróide com a superfície de um planeta pode levar a ejeção de grande quantidade de matéria, a qual passará a vagar pelo espaço.

Por exemplo, se a cratera remanescente em Marte possui cerca de 600km de diâmetro, a massa ejetada para o espaço é de 8,3x1014 kg. Neste meteorito encontrou-se micróbios fossilizados de pelo menos 4,5 bilhões de anos. Estes fósseis se parecem com o da bactéria MV-1, que vive na água sem oxigênio e obtendo sua energia a partir do dióxido de carbono. Além disso, foi detectado no interior do meteorito quantidade de magnetita e pyrrotita monoclínica, gerando campos magnéticos da ordem de 1200 nano Teslas. Como não há evidências semelhantes em outros meteoritos da mesma idade encontrados na região, supõe-se que as bactérias se utilizavam de um sistema de orientação magnética, o que é muito comum. O meteorito ALH84001 ainda gera, no entanto, muita controvérsia. E a prova de vida em Marte só virá com a detecção da mesma in situ. Como se descobriu recentemente, a vida pode aflorar nos mais diversos locais da Terra. De modo que, em sua diversidade e resistência, pode existir noutros planetas e luas do sistema solar. E nenhum lugar (além da Terra é claro) é mais provável que ela ocorra do que na lua Europa de Júpiter, que se apresenta recoberta de gelo, sendo este fragmentado por atividade vulcânica. Esta combinação fornece um nicho ideal para a vida. Devido a esta grande probabilidade está se estudando a missão Europa Ocean Explorer, para 2010, na qual uma sonda mergulhará nos oceanos da lua, analisando suas águas:

Ocean Explorer e abaixo um ambiente semelhante, abundante em vida, encontrado nas profundezas do oceano Pacífico.