UESB-DCE-FÍSICA

INTRODUÇÃO À ASTRONOMIA

PROF. SILVANIO B. DE OLIVEIRA

Parte 5

- Devido à proximidade de Mercúrio ao Sol, só pode ser observado por períodos relativamente curtos visto da Terra.

- As suas marcações superficiais não são muito distintas.

- Ambos fatores contribuíram para um valor inicialmente errôneo do seu período de rotação, achando ser o mesmo do período orbital.

- Dessa forma, Mercúrio teria uma face sempre voltada ao Sol, e a outra afastada do Sol.

- As observações através de ondas de rádio indicou que Mercúrio gira sobre o seu eixo num período com dois terços do período orbital.

- O que é um planeta?

- O planeta Mercúrio só foi visitado por duas naves espaciais: Mariner 10, que fez três ‘fly-bys’ em meados dos anos 1970; e a nave espacial Messenger, que passou próximo em 2008 (Figura 3.5).

- Mercúrio se parece muito com às regiões de montanhas da Lua.

- Nas observações da região Polar Norte de Mercúrio foram identificadas camadas polares ricas em gelo como as encontradas em Marte. Em temperaturas muito baixas o gelo reflete ondas do radar com muito eficiência.

- Próximo dos pólos Norte e Sul há crateras estão permanentemente na sombra com temperaturas na ordem de 125 K, portanto a existência de gelo pode permanecer durante bilhões de anos.

Figura 3.5- Mercúrio fotografado pela sonda espacial Messenger em 14 de janeiro de 2008. Image: MESSENGER, NASA, JHU APL, CIW.

- Vênus é vista brilhando no leste antes do amanhecer ou, brilhando no oeste depois do ocaso.

- Foi chamado ‘estrela da tarde’ Vesperus ou Hesperus vindas do latim e do grego, respectivamente, enquanto que ‘estrela da manhã’ como o Fósforo ( portador de luz) ou Eosphorus (portador da alvorada).

- Vênus, brilha aproximadamente com magnitude 4, é o objeto mais brilhante no céu da noite depois da Lua (Figura 3.6).

- O tamanho angular de Vênus varia por um fator de aproximadamente 5 quando orbita o Sol.

- O seu brilho é causado por ter um albedo muito alto, refletindo ~70 % da luz solar incidente nele.

Figura 3.6- Imagem da superfície de Vênus emitida pelo radar a partir da sonda espacial Magellan.Image: Magellan Project, JPL, NASA.

- A cada 120 anos, Vênus ‘transita‘ duas vezes, num intervalo de 8 anos através da face do Sol.

- Neste século, ocorreu o primeiro em 2004 e o segundo ocorrerá em 2012 (Figura ao fundo).

- Tais trânsitos foram importantes historicamente por poder utilizar um método de calcular a distância de Vênus à Terra usando a Terceira Lei de Kepler.

-Em dezembro de 1962 a Mariner 2 passou por cima da superfície a uma distância ~35 000 km.

- Observações em microondas e infravermelha mostrou que, enquanto sua atmosfera possue baixas temperaturas, a superfície atinge temperaturas na ordem de 425°C.

- Não encontrou nenhuma evidência de campo magnético.

- Os Russos fizeram tentativas mal sucedidas em tentar pousar uma sonda espacial na superfície de Vênus.

- Não tinham previsto que a pressão atmosférica era ~100 vezes o valor da Terra.

- Por conseguinte, os pára-quedas por serem grandes demais, reduziu a velocidade de descida e como consequência, suas baterias descarregaram antes de atingir a superfície além de ser esmagada pela alta pressão na baixa atmosfera.

- Finalmente, em 1970, Venera 7 conseguiu atingir a superfície enviando telemetria da temperatura durante 23 minuto e em seguida, Vereras 9 e 10 enviaram as primeiras imagens da superfície que revela seixos espalhados e placas de rochas parecidas com basalto (Figura 3.7).

Figura 3.7- Imagens da superfície de Vênus mostrando placas de basalto enviadas pela sonda Venera 14. Imagens: Soviet Academy of Sciences.

- Observações de radar da Terra, e pela sonda Magellan da NASA orbitando Vênus, forneceram informações detalhada da estrutura superficial.

- Em 4.5 anos, Magellan fez o mapa de 98% da superfície de Vênus em alta resolução.

- Aproximadamente 80% da superfície é composta de planícies vulcânicas lisas e regiões de montanhas com pico de 11 km acima das planícies.

- 'O continente' do norte é chamado Terra Ishtar, do tamanho da Austrália (conhecida hoje como deusa Babilônia do amor).

- O 'continente‘ do Sul chamado Terra Aphrodite (deusa grega do amor), tem área superficial comparável com a América do Sul.

- A superfície tem crateras de impacto, montanhas e vales parecidos com panquecas, com características vulcânicas, à uma extensão de 50 km no diâmetro e 1 km de altura.

- Há 167 vulcões visíveis em Vênus espalhados numa extensão de 100 km.

- A quantidade de dióxido de enxofre na atmosfera parece ser variável, o que pode indicar a atividade vulcânica contínua.

-A atmosfera é composta basicamente do dióxido de carbono com pouco nitrogênio.

- A sua massa da atmosfera é 93 vezes o valor da Terra e resulta em numa pressão atmosférica na superfície que é aproximadamente 92 vezes a da Terra.

- Na atmosfera há nuvens grossas de dióxido de enxofre e ácido sulfúrico e pode até 'chover' na atmosfera superior!

- Contudo, devido à temperatura superficial na ordem de 460°C, 'a chuva' nunca atingiria a superfície.

- Esta temperatura superficial muito alta é o resultado do efeito gás estufa da camada da atmosfera de dióxido de carbono ser muito espessa.

- A teoria mais aceita na comunidade científica atualmente sobre a formação do sistema Terra-Lua é a que um objeto com ~10% da massa da Terra, colidiu com a Terra logo depois da formação do Sistema Solar (Figura 3.7).

- Uma porção da massa combinada foi lançada ao espaço e formado a Lua, inicialmente muito mais próximo à Terra do que hoje.

- Devido a massa e o tamanho relativo da Lua comparado ao da Terra, acreditava-se inicialmente que poderiam ser denominados como ‘um planeta duplo’.

- O nome Terra vem da palavra anglo-saxônica ‘erda’ significando terra ou solo. Do inglês ficou ‘eorthe’ e em seguida ‘erthe’.

- Aproximadamente em 1400, o nome Terra foi usado – o único nome planetário não oriundo da mitologia grega e romana.

Figura 3.7- A Terra vista pela tripulação da Apolo 8 em órbita da Lua em dezembro de 1968. Imagem: NASA Apolo 8 Tripulação.

- Atividades vulcânicas produziu uma atmosfera secundária e o vapor d’água condensado para formar os oceanos juntamente com a água adicional fornecida pelo impacto de cometas.

- Há aproximadamente 4 bilhões de anos um sistema molecular que se auto-duplica surgiu, dando origem a vida.

- A fotossíntese permitiu a troca de energia solar em subproduto, acumulando oxigênio na atmosfera.

- A camada resultante do ozônio reduziu o fluxo da radiação ultravioleta na superfície permitindo que formas de vida sobrevivessem na Terra.

- A superfície da Terra foi formada pela movimentação das placas tectônicas através do magma no seu interior, dando origem aos continentes como Pangaea que permitiu que a espécie colonizasse a maior parte da superfície.

Pangaea - foi um supercontinente que existiu durante as eras Paleozoica e Mesozoica cerca de 250 milhões de

anos, em seguida estas partes foram separadas em continentes mantendo a

configuração atual

- Na era Cambriana, seguiu um período de frio extremo quando a Terra foi coberta de gelo e formas de vida multicelulares começou a aparecer (ver o próximo slide).

- Em ~535 milhões de anos, houve cinco ‘extinções em massa’ quando várias espécies desapareceram.

- Uma das últimas extinções ocorreu há 65 milhões de anos quando um asteróide ou um cometa com ~10 km de diâmetro formou a cratera Chicxulub (no alto mar) na Peninsula de Iucatã no México.

Existiam quatro continentes no Cambriano, três pequenos mais ou menos na região entre os trópicos: Laurentia (parte central da América do Norte), Báltica (parte da Europa) e Sibéria (mesma região no oeste russo); e um supercontinente no sul: Gondwana. Todos esses continentes eram de simples rocha nua e estéril, já que neste período ainda não existiam plantas, ainda que alguns especialistas acreditem que nas regiões mais úmidas poderia crescer um manto composto de fungos, algas e líquens.

Laurentia

Sibéria

Gondwana

Báltica

- A poeira produzida teria reduzido a intensidade da luz solar impedindo o crescimento de vegetação.

- Acredita-se ter sido uma das causas do fim dos dinossauros e ~70% de todas as espécies que vive na Terra.

- Com a sobrevivência de pequenos grupos de mamíferos dando continuidade ao processo evolutivo, surgiram os seres humanos.

- A Terra é um corpo rochoso com um núcleo, manto e crosta.

- A rotação da Terra gera uma saliência no equador cujo diâmetro é 43 km maior do que o diâmetro polar.

- Devido a esta saliência, o pico do Monte Chimborazo no Equador está mais distante do centro Terra.

- A Terra possui uma variação extrema em altitudes, de 8.8 km para cima (Montam Everest) e a 10.9 km para baixo (Mariana Trench).

- O núcleo central tem uma temperatura ~7000 K em função do decaimento radioativo do isótopo de potássio, urânio e tório, os quais têm tempo de vida em mais de 1 bilhão de anos.

- As correntes de convecção dentro da rocha fundida trouxeram este calor para cima em direção à crosta terrestre dando origem as áreas de tensão térmicas gerando atividades vulcânicas.

- A atmosfera é basicamente composto de nitrogênio (78%) e oxigênio (21%) com 1% composto de vapor de água, dióxido de carbono, ozônio, metano e outros gases.

- Vale a pena lembrar que sem o aquecimento devido ao efeito dos gases estufa, dióxido de carbono, vapor de água e metano, a temperatura superficial média seria de 18°C e provavelmente a vida não existiria.

- A Lua é o quinto maior satélite no Sistema Solar.

- O diâmetro é aproximadamente mais de um quarto do diâmetro da Terra e distância média 30 vezes o diâmetro da Terra.

- O puxão gravitacional na sua superfície é um sexto do valor da Terra.

- Sua órbita é elíptica, com tamanho angular variando até ~12%.

- Isto é, 0.5548 ° no perigeu, e a 0.4923 ° no apogeu.

- Devido à sua órbita estranha, à inclinação da sua órbita e o nascer da Lua em posições relativas diferentes no espaço pode-se observar um total de 59% da superfície da Lua em algum momento. Este efeito é chamado a libração.

- A Lua só reflete ~8% da luz solar.

- Observação de radar realizada pela sonda Clementine nas crateras perto dos pólos foi identificada regiões compostas de gelo, aproximadamente 1 km3.

- As características mais óbvias da superfície da Lua são as crateras de impacto lunares formadas quando os asteróides e as cometas colidiram com a superfície lunar.

- Há aproximadamente 500000 crateras com diâmetros maiores que 1 km.

- A maior é ~2240 km de diâmetro e 13 km de profundidade.

Calculando a altura de uma montanha lunar

- A imagem da Lua mostrada na próxima figura foi tomada na ordem 1 arcsec.

- Próximo ao topo da imagem e perto da linha entre a região brilhante e escura está o Mons Piton.

- Esta área é mostrada com mais detalhe à direita. A sombra do monte pode ser vista na superfície da Lua.

- O comprimento da sombra é determinado pela altura da montanha e a elevação do Sol, portanto, pode-se usar esta imagem para calcular a altura do Mons Piton.

- Para simplificar o cálculo considere que o Sol está a uma distância infinita e acima do equador da Lua.

- O Mons Piton está a uma latitude lunar de +41°.

- Inicialmente calcula-se o raio lunar de 1738 km.

- O raio do círculo da latitude norte em 41° é dado por

Rmoon x cos(41°) = 1311.7 km.

-Imagine um corte no topo da Lua na latitude do Monte e olhar para baixo como na Figura 3.8.

- O 'meridiano principal lunar’ dirige entre o Gancho e a cratera Cassini cujoo centro está no limite da sombra.

- O Mons está 1° a oeste e Cassini 4.6° a leste do meridiano principal

- O ângulo subtendido entre Piton e Cassini no centrodeste círculo é 4.6°+1° = 5.6 °.

Como,

R/L = cos 5.6°,

então,

L = R/cos 5.6°

L =1311.7/0.9952 = 1318.0

De modo que,

h = L – R = 1317.1 - 1311.7

h = 6.3 km

Figure 3.8- Geometria do cálculo da altura do Mons Piton.

-O Piton obviamente tem uma altura menor do que o calculado.

- Pode-se medir o comprimento da sombra do Piton (l1) e a distância de Piton ao limite da sombra da Lua (l2).

- Usando uma imagem de escala, l1 = ~12 mm e l2 = ~ 33 mm.

- Assim uma estimativa da altura do Mons Piton é dada por :

6.3 x 12/33 = 2.29 km

- Está estimado atualmente em 2.25 km.

MARÉS

- As marés nos oceanos são o resultado da lei do inverso do quadrado da força gravitacional e da massa da Terra.

- A força gravitacional no lado mais próximo da Terra à Lua é maior do que nos pontos intermediários e no lado oposto.

- Isto causa um efeito gravitacional chamado força de maré que diminui com a quarta potência da distância.

- Com a rotação da Terra no seu eixo, essas protuberâncias giram em volta da Terra gerando duas altas marés por dia.

- O Sol também causa uma força de maré, mas os seus efeitos são menores (~46%) do que a da Lua.

- Na lua nova e cheia, as forças de marés são mais intensas chamada marés de Primavera.

- Como a Lua e a Terra estão em órbitas elípticas a altura das marés de Primavera pode variar significativamente.

- Quando a Lua está no perigeu, as marés serão mais altos enquanto, quando a Terra está no periélio, no Inverno, as forças de marés são as mais intensas gerando as marés mais altos.

- A interação gravitacional entre a Lua e os oceanos afeta a órbita da Lua.

- Devido à rotação da Terra, as protuberâncias da maré não apontam diretamente em direção a Lua.

- A Lua por estar a uma órbita elevada, com períodos mais longos, a cada ano, a separação entre Terra-Lua está aumentando por ~3.8 cm.

Eclipses lunares

- Se o plano da órbita da Terra-Lua fosse o mesmo em volta do Sol, eclipses solares na lua nova e eclipses lunares na lua cheia, seriam mais frequentes.

- Devido a órbita da Lua ser inclinada até 5°, a Lua muitas vezes passa em cima ou abaixo da linha Terra-Sol, e os eclipses acontecem com menos frequência.

COMO OCORRE O

ECLIPSE LUNAR?

Velocidade da Lua na sombra da Terra: 3700 km/h;

Largura da sombra: 9200 km;

Duração do eclipse total: 1 h 40 min;

Duração do fenômeno completo: 3 h 48 min;

COMO OCORRE O

ECLIPSE SOLAR?

COMO OCORRE O ECLIPSE ANULAR?

Velocidade da sombra da Lua na Terra: ~2000 km/h;

Largura da sombra: 270 km;

Duração do eclipse total: ~ 7,5 min;

Duração do fenômeno completo: ~ 2 h;

PRÓXIMOS ECLIPSES

Lunar: 21/12/2010: parcial, visível em todo Brasil no final da noite.

Solar: 04/01/2011: parcial, não visível no Brasil

Fonte: NASA (http://eclipse.gsfc.nasa.gov/OH/OH2011.html)