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

Os Planetas Gigantes e seus satélites

Estrutura Interna

“Pequenos” núcleos rochosos (e com gelos?).

Envelopes de Hidrogénio e Hélio.

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.

Outros Satélites de Saturno

Enceladus Mimas

Outros Satélites de Saturno

Enceladus Mimas

Criovulcanismo?

Outros Satélites de Saturno

Iapetus Phoebe

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.

Anéis

Sistema de 13 anéis: 1986U2R, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, 1986U1R, ε, R/2003U2, R/2003U1

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.