Planetologia Comparativa

8/4/2019 Planetologia Comparativa

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Planetologia Comparativa

A necessidade de compreender de que modo os planetas se comportam como classes distintas de objetos uma das mais importantes motivaes que temos para estudar o Sistema Solar. H bem pouco tempo vriasdisciplinas cientficas, tais como a geologia e a meteorologia, tratavam apenas de fenmenos associados aonosso planeta. Hoje essas mesmas disciplinas so estudadas em um contexto muito mais amplo, abrangendotodo os planetas e satlites do Sistema Solar e no apenas a Terra.

Com o acmulo de dados que possumos sobre os planetas, podemos dizer que a planetologia comparativaj se estabeleceu como uma das disciplinas fundamentais da astronomia. Seu objetivo principal investigaros processos fsicos que ocorrem (ou ocorreram) nos planetas e como eles funcionam nas diferentescondies encontradas em cada um desses corpos celestes.

Para comear o nosso estudo do Sistema Solar vamos fazer uma descrio das principais caractersticas doscorpos que o compem sob a tica da planetologia comparativa. Veremos que o Sistema Solar formado porcorpos bastante diferentes fisicamente e, certamente, uma importante pergunta ficar o tempo todo na nossamente: por que isso aconteceu? Algumas respostas a isso sero dadas ao longo do nosso curso quandoestudarmos detalhadamente cada um dos objetos, ou categorias de objetos, que formam o Sistema Solar.

Classificando e distribuindo os planetas no Sistema Solar

Inicialmente podemos separar os planetas do Sistema Solar em duas grandes categorias:

planetas internos ou terrestresOs quatro planetas mais prximos do Sol ou seja, Mercrio, Vnus, Terra e Marte, sodenominados planetas internos ou planetas terrestres. Esses quatro corpos celestes somundos relativamente pequenos, aquecidos devido sua proximidade com o Sol e compostosbasicamente por rochas e metais. Todos eles tm superfcies slidas que guardam registros dosprocessos geolgicos que ocorreram neles e que resultaram na formao de crateras,montanhas e vulces.

planetas externos ou gigantesOs quatro planetas seguintes, que so Jpiter, Saturno, Urano e Netuno, so bem maiores queos quatro planetas internos. No entanto, se comparados com os planetas terrestres, essesquatro enormes planetas so compostos por materiais bem mais leves que se apresentam naforma de gases, gelos e lquidos. Estes quatro grandes planetas, situados aps a rbita deMarte, so chamados de planetas externos ou planetas gigantes.

e Pluto?Nos confins do Sistema Solar temos o ltimo dos planetas conhecidos, o pequeno Pluto, queno classificado nem como terrestre e nem como gigante. Curiosamente Pluto bastanteparecido com um dos maiores satlites dos planetas gigantes.

Na tabela abaixo fornecemos os valores das principais caractersticas fsicas dos planetas terrestre e gigantes. Desse modo podemoscompar-los mais facilmente.


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Tabela 9

Mercrio Vnus Terra Marte

Distncia ao Sol(em unidades astronmicas - UA)

0,4 0,7 1,0 1,5

Perodo de translao

em torno do Sol (em anos terrestres)

0,2 0,6 1,0 1,9

Dimetro equatorial (km) 4878 12102 12756 6790

Massa(em comparao com a massa da Terra) 0,055 0,8 1,0 0,1

Densidade (g/cm3) 5,4 5,3 5,5 3,9

Rotao em torno do seu eixo(em unidades de tempo terrestres: d= dias; h=horas)

58,6d -243d 23,9h 24,6h

Inclinao do eixo de rotao (em graus) 0o 2 23 24


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Jpiter Saturno Urano Netuno

Distncia ao Sol(em unidades astronmicas - UA)

5,2 9,5 19,2 30,1

Perodo de translaoem torno do Sol (em anos terrestres)

11,9 29,5 84,1 164,8

Dimetro equatorial(km) 142800 120540 51200 49500

Massa(em comparao com a massa da Terra) 318 95 14 17

Densidade (g/cm3) 1,4 0,7 1,2 1,6

Rotao em torno do seu eixo(em unidades de tempo terrestres)

9,9 10,7 17,2 16,1

Inclinao do eixo de rotao (em graus) 3 27 98 29

As figuras mostradas abaixo comparam (muito aproximadamente) o tamanho do Sol em relao aos planetas do Sistema Solar.


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Comparando tamanhos no Sistema Solar

Comparando tamanhos de alguns objetos do Sistema Solar

corpo celeste dimetro equatorial

dimetro do Sistema Solar 15 000 000 000 000 km

Sol 1 390 000 km

Jpiter 142400 kmSaturno 120000 km

Urano 50800 km

Netuno 48600 km

Terra 12756 km

Venus 12104 km

Marte 6794 km

Ganimedes (satlite de Jpiter)

5262 km


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Tit

(satlite de Saturno)

5140 km

Mercrio

(planeta)

4878 km

Calisto(satlite de Jpiter)

4800 km


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Io

(satlite de Jpiter)

3632 km

Trito

(satlite de Netuno)

~ 3500 km (mais ou menos 250 quilmetros)

Lua(satlite da Terra)

3476 km


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Europa

(satlite de Jpiter)

3138 km

Pluto

(planeta)

~ 3000 (2320) km

Caronte(satlite de Pluto)

1270 km

Sedna(possvel objeto da Nuvem de Oort interna) 1000 - 1700 km

2004 DW(objeto do cinturo trans-netuniano) ~ 1500 km

Quaoar(objeto do cinturo trans-netuniano) ~ 1250 km

Ixion(objeto do cinturo trans-netuniano)

1065 ( 165) km

Ceres(asteride)

1032 km


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Varuna(objeto do cinturo trans-netuniano)

900 (+125/-145) km

2002 AW197 890 120 km

(e muitos outros milhes de objetos!!!!) ?? km

Na tabela acima muitas figuras esto faltando. Isso foi feito para chamar a ateno dos leitores para o fato de que vrios satlites somaiores do que alguns planetas do Sistema Solar!S apresentamos as imagens dos objetos que esto enquadrados nesse caso.

A composio e a estrutura interna dos planetas

planetas terrestres:

Os planetas terrestres so compostos por rochas e metais tendo, portanto, uma composiobem distinta daquela apresentada pelos planetas gigantes. No entanto, vale pena notar queesses elementos esto entre os menos abundantes no Universo como nos mostrou a tabela 8da introduo.

As rochas mais abundantes, chamadas silicatos, so compostas de silcio e de oxignio. Entreos metais encontramos principalmente o ferro. Olhando para o valor da sua densidade, dada natabela 7 da introduo, conclumos que Mercrio o planeta que possui, proporcionalmente,mais metais na sua composio.

A Terra, Vnus e Marte tm aproximadamente a mesma composio, apresentando 2/3 desilicatos e 1/3 de metais, sendo estes combinaes de ferro e de nquel ou de enxofre. Devido pouca quantidade de hidrognio presente, estes planetas exibem uma grande variedade decompostos de oxignio. Por essa razo essa qumica chamada de oxidada.

Quando analisamos a estrutura interna dos planetas terrestres notamos que os materiais maisdensos, os metais, esto situados na sua parte central. Como estes planetas no esto naforma de lquidos ou gases a pergunta que fazemos como foi possvel separar dessa forma osmateriais que os constituem. Na realidade essa estrutura, chamada diferenciada, nos indica

que em algum momento estes corpos foram aquecidos at o ponto fuso. Quando issoaconteceu os materiais mais pesados foram para a regio central e os mais leves ficaram nasuperfcie do corpo celeste, exatamente como vemos acontecer quando colocamos em uma


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vasilha azeite e vinagre: o azeite fica no fundo enquanto o vinagre flutua acima deste.No caso dos planetas, desde o momento que estes foram esfriando a estrutura diferenciada foisendo preservada sendo aquela que observamos hoje. A estrutura diferenciada dos planetasterrestres nos indica, portanto, que, em algum momento, eles atingiram uma temperaturamaior do que 1300 K.

planetas gigantes:

Os dois maiores planetas, Jpiter e Saturno, tm aproximadamente a mesma composio que oSol, consistindo basicamente de dois elementos, hidrognio (H) e hlio (He), numa proporode 75% de H e 25% de He.

Como na Terra estes dois elementos se apresentam no estado gasoso Jpiter e Saturno so, svezes, chamados de "planetas gasosos". Na verdade, isto no est correto uma vez que, devidoao grande tamanho destes planetas, o gs no seu interior comprimido to fortemente que ohidrognio passa do estado gasoso para o estado lquido.

Em um planeta fluido ou gasoso, devido fora da gravidade, os elementos mais pesadostendem a se deslocar na direo de seu centro. Isto o que ocorre tanto em Jpiter quanto emSaturno os quais tm ncleos compostos de rochas, metais e gelos.

Urano e Netuno apesar de serem bem menores do que Jpiter e Saturno, tambm tm ncleos

compostos de rocha, metal e gelo.Um aspecto interessante que o tamanho do ncleo dos quatro planetas gigantes aproximadamente igual, ou seja, cerca de dez vezes o tamanho da Terra. Isto parece indicarque esses quatro planetas comearam a ser formados de modos iguais e apenasposteriormente capturaram hidrognio e hlio para formar suas atmosferas. Neste caso, Uranoe Netuno no foram to eficientes quanto Jpiter e Saturno em capturar gs, e ficaram comtamanhos menores.

Do ponto de vista qumico os quatro planetas gigantes tm uma composio dominada porhidrognio e seus compostos. Todo o oxignio disponvel se combina quimicamente com ohidrognio para formar gua (H2O). Uma composio qumica deste tipo dita reduzida. Osdemais compostos presentes nos planetas gigantes so:

o metano (CH4)o

amnio (NH3)o hidrocarbonetos

etano (C2H6) acetileno (C2H2) etc.

As nuvens superiores das atmosferas de Jpiter e Saturno so compostas por cristais deamnio enquanto que as de Urano so formadas por metano. este ltimo composto, ometano, que o responsvel pela colorao azulada de Urano.

A energia interna nos planetas

Planetas terrestres: atividade geolgica

O que caracteriza os planetas terrestre a sua atividade geolgica. As superfcies desses corpos tmsido modificadas ao longo dos tempos devido ao de foras internas e externas.

Sabemos que todos os planeta terrestres (Mercrio Vnus, Terra e Marte) tm sido bombardeados porverdadeiros projteis provenientes do espao. Estes corpos, ao colidirem com esses planetas, em geral,deixaram suas superfcies cobertas de crateras. Estas so as foras externas que atuam sobre osplanetas.


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A imagem ao lado facilmente reconhecida portodos. a superfcie do satlite natural da Terra, anossa Lua. Esse enorme conjunto de crateras oresultado de milhares de impactos de asterides ecometas sobre a sua superfcie ao longo de milhes

de anos.

Certo?

Infelizmente quem concordou com a afirmaoacima errou parcialmente. Realmente essa

superfcie esburacada foi formada do modo descritomas a imagem no da Lua. Esta a superfcie do

planeta Mercrio, mostrando o resultado demilhes de anos de violentos impactos sobre a sua

superfcie.

Embora tenhamos indicaes de que este bombardeamento foi muito mais intenso nos primrdios doSistema Solar, sabemos que eles acontecem at hoje. Prova recente disto foi a coliso do cometa

Shoemaker-Levy 9 comJpiter, em meados de 1994,evento que foi acompanhadodetalhadamente pelosastrnomos de todo omundo. Por outro lado, forasinternas tambm tmmodelado as superfciesplanetrias atravs daformao de montanhas, daerupo de vulces e daviolncia dos terremotos emaremotos. Todos esseseventos ocorrem devido aoque chamamos de atividadegeolgica de um planeta.Entre os corpos do SistemaSolar que tm, ou tiveramnum passado recente, omaior nvel de atividadegeolgica esto a Terra,Vnus e Io, que um dossatlites de Jpiter. Por outrolado, a Lua, Marte e Mercrioso, h muito tempo, mundoscompletamente mortos,desprovidos de atividadesgeolgicas.

A imagem ao lado mostra a erupo de um vulco em Io, um dos grandes satlites de Jpiter.

Estes diferentes graus de atividade geolgica podem ser melhor entendidos ao percebermos que todaessa atividade resulta do fato de certos planetas possuirem um interior quente. Os vulces, assim como


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as montanhas, so resultantes do calor que escapa do interior de um planeta. Este calor interno foiobtido durante o processo de formao dos planetas e, por este motivo, chamado de primordial.Entretanto, quanto menor for um planeta mais facilmente ele vai perdendo seu calor interno, adquiridodurante a sua formao, e logo se tornar inativo. Isto foi o que, muito provavelmente, aconteceu com aLua e Mercrio. Marte, embora tambm apresente indcios de ter tido uma considervel atividadeinterna, hoje mostra que esta atividade cessou completamente.

O grau de bombardeamento externo sofrido por um planeta um parmetro fundamental que usamospara reconstituir o seu nvel da atividade interna. Na Terra, por exemplo, apenas os impactos maisrecentes no foram "apagados". Em Marte ou na Lua, entretanto, a superfcie guarda registro de bilhesde anos de impactos e isto nos permite determinar a sua idade. A "datao" de uma superfcie planetria obtida exatamente a partir da contagem do nmero e da distribuio de tamanhos das craterasexistentes. Atravs desta tcnica tambm fcil identificar os terrenos mais jovens e os mais velhos deuma superfcie planetria. Os terrenos mais jovens so aqueles que tm um menor nmero de craterasou seja, nestas regies alguma atividade geolgica interveio para "apagar" as crateras que l deviamexistir em igual nmero ao que observamos nos terrenos mais velhos.

Planetas gigantes: energia interna

No caso dos planetas gigantes, entretanto, o que os caracteriza sua energia interna. No caso deJpiter, esse planeta gigante irradia para o espao vizinho a ele uma quantidade de energia produzida

no seu interior que equivalente quela que ele recebe do Sol. Neste caso a energia interna emitidapelo planeta ainda aquela adquirida durante a sua formao, ou seja, a primordial.

Por outro lado, Saturno tambm gera energia interna devido a um processo de diferenciao queconsiste na segregao do hlio e do hidrognio. Sendo o hlio mais pesado, pequenas gotculas desteelemento vo caindo na direo do ncleo e neste processo geram calor.Netuno tambm tem uma pequena energia interna mas Urano no tem. Isto faz com que esses doisplanetas tenham a mesma temperatura superficial embora Netuno esteja a uma maior distncia do Sol.

Os pequenos corpos

Satlites

J vimos que, alm dos planetas descritos acima, o Sistema Solar tambm formado por um grandenmero de pequenos corpos. Todos os planetas, com exceo de Mercrio e de Vnus, possuem um oumais satlites com tamanhos muito variados. Alguns deles se assemelham a pequenos planetasenquanto que outros possuem apenas alguns metros de dimetro. Entre os maiores satlites podemoscitar: a Lua (satlite da Terra), Io, Europa, Ganimedes e Calisto (que so os quatro maiores satlites deJpiter, chamados coletivamente de satlites Galileanos), Tit (satlite de Saturno), e Trito (satlitede Netuno).

No momento existem cerca de 100 satlites catalogados mas muitos outros, bem pequenos, aindacontinuaro a ser descobertos. Apenas a Lua quimicamente e estruturalmente muito similar prpriaTerra enquanto que a maioria dos satlites dos planetas externos tm composio similar ao ncleo doplaneta que orbitam. Os trs maiores satlites, Ganimedes, Calisto e Tit, so compostos por metadegelo de gua e metade rochas e metais. As imagens abaixo mostram as superfcies de Ganimedes eCalisto.


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Ganimedes Calisto

Calisto, Ganimedes e Tit se diferenciaram facilmente nos primrdios da formao planetria j quetiveram que atingir apenas a temperatura de derretimento do gelo e no a das rochas, como os planetasterrestres. Hoje em dia estes satlites tm densas superfcies de gelo muito duro e um interior compostode rochas e de metais.

Anis

Cada um dos planetas gigantes, Jpiter, Saturno, Urano e Netuno, tambm possui um sistema de aniscompostos por um imenso nmero de pequenos corpos cujos tamanhos variam entre um gro de areia e

uma montanha. Estes corpos seguem rbitas independentes umas das outras ao redor do planeta. Osistema de anis mais brilhante o de Saturno, que tambm foi o primeiro a ser descoberto.

A imagem abaixo mostra os finos anis que circundam o planeta Jpiter, uma descoberta quesurpreendeu os astrnomos.


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Asterides e cometas

Finalmente, temos outros pequenos corpos que so os asterides e os cometas. J dissemos que os asterides esto situados na parteinterna do Sistema Solar, a maioria deles localizados entre as rbitas de Marte e de Jpiter, no chamado Cinturo de asterides.

Os cometas se localizam nos confins do Sistema Solar. Parte deles est no Cinturo Trans-Netuniano, tambm chamado de Cinturode Kuiper. O Cinturo Trans-Netuniano est localizado em regio muito afastada do Sol, indo de 30 a 50 U.A.. Vemos, portanto, que oCinturo Trans-Netuniano inicia prximo rbita do planeta Netuno e inclui a regio onde est a rbita de Pluto.

Recentemente, devido s melhorias das tcnicas observacionais, muitos objetos do Cinturo Trans-Netuniano passaram a serconhecidos. Alguns desses objetos so mostrados na figura abaixo.

Uma outra parte dos cometas fica localizada alm de 50000 UA de distncia do Sol, numa regio denominada

Nuvem de Oort.


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