Cinturão de Asteroides

Transcrição

Asteroides, cometas e afins
Daniele Benício
Podem ser classificados em três grupos:
• Asteroides;
• Objetos TransNetunianos (TNOS);
• Cometas.
Universidade Federal do ABC
Os pequeninos do Sistema Solar
Asteroides
Corpos rochosos.
Muitos deles na órbita entre Marte e Júpiter (Cinturão de Asteroides).
Asteroides
Em 1766, Johann Titius detectou uma regularidade nas distâncias médias
dos planetas do Sol, popularizada mais tarde por Johann Elert Bode, a Lei
de Titius-Bode (a é a distância média Sol – n-ésimo planeta em AU):
a = 0.4 + 0.3 · 2n
Número relacionado ao
planeta calculado
Distância média entre o Sol
e o n-ésimo planeta (AU)
Asteroides
A lei prevê bem as distâncias de Vênus a
Saturno e até de Urano, que ainda não
tinha sido descoberto em 1766.
Planeta
n
a [AU]
a real [AU]
Mercúrio
-∞
0.4
0.39
Vênus
0
0.7
0.72
Para Mercúrio tem que se usar:
2n = 0, e não 2n = 2-1 = 0.5
Terra
1
1.0
1.00
Marte
2
1.6
1.52
?
3
2.8
Júpiter
4
5.2
5.20
Saturno
5
10.0
9.58
(Urano)
6
19.6
19.20
(Netuno)
7
38.8
30.05
(Plutão)
8
77.2
39.48
Essa lei prevê um planeta aqui!
Asteroides
A Lei de Titius-Bode prevê um planeta a 2.8
AU do Sol, entre Marte e Júpíter.
Em 1801, Giuseppe Piazza encontrou um
objeto a 2.77 AU do Sol de diâmetro ~1000
km, e chamou-o Ceres, o primeiro
asteroide descoberto.
Desde então encontraram-se mais de
100.000 asteroides na região entre 2 e 3.5
AU do Sol, chamada Cinturão de
Asteroides.
Apesar da previsão correta das distâncias
de Urano e Ceres, hoje os astrônomos
acreditam que a Lei de Titius-Bode é só um
acaso.
Asteroides
A maioria dos asteroides se
encontra
no
Cinturão
de
Asteroides, mas alguns seguem
outras órbitas:
• Os Troianos compartilham a
órbita de Júpiter, 60º na frente
ou atrás do planeta gigante.
Asteroides
Os Amor, Apollos e Atenas orbitam
no Sistema Solar interno, podendo
cruzar as órbitas dos planetas
internos.
Alguns formam famílias, e acreditase que tais famílias, chamadas
famílias Hirayama*, consistem de
fragmentos de corpos maiores
destruídos em colisões.
*são agrupamentos de asteroides que
estão se movimento em órbitas similares
ao redor do Sol.
Asteroides
Podem ser classificados segundo as
suas composições, determinadas
pelos seus espectros:
• Tipo S: De 2 a 3.5 AU do Sol,
silicatos
ricos
em
ferro
e
magnésio,
poucos
voláteis,
avermelhados,
albedos
moderados: 0.1-0.2.
Ida, tipo S
Albedo: Medida da refletividade da superfície de um corpo.
Asteroides
• Tipo M: 2 a 3.5 AU, ferro e níquel, avermelhados, albedos moderados: 0.1-0.18.
• Tipo C: 2 a 4 AU, maioria perto de 3 AU, compostos carbonáceos, muitos contêm
água, escuros, albedos baixos: 0.03-0.07.
Lutetia-Tipo M
Mathilde – Tipo C
Asteroides
• Tipo P: 3 a 5 AU, maioria ~4 AU, compostos orgânicos, avermelhados, albedos
baixos: 0.02-0.06.
• Tipo D: similar aos tipo P, mas mais vermelhos e um pouco mais longes do Sol,
maioria dos Troianos são tipo D.
Cybele – Tipo P
Asteroide tipo D
Quanto mais longe do Sol, tanto mais água e outros voláteis, mesma tendência que
nos planetas e luas.
Asteroides
A respeito da origem de asteroides, acredita-se que possuem 2 origens
diferentes:
• Destroços resultantes da nebulosa original que deu origem ao universo e
que não se compactaram.
• Resquícios de um planeta fragmentado por problemas gravitacionais.
Asteroides
Os maiores asteroides:
•Ceres: diâmetro de 952 km
•Pallas: diâmetro de 544 km
•Vesta: diâmetro de 525 km
•Hígia: diâmetro de 431 km
Vesta
Pallas
Ceres
Asteroides
-
Ceres
Pallas
Vesta
Hígia
Tamanho dos dez primeiros asteroides, em ordem de descoberta, comparado com a Lua.
Asteroides
É um asteroide do tipo S, e é o
segundo maior asteroide que passa
próximo a Terra.
Esse asteroide tem grande importância
por ter sido usado no projeto Near que
tinha como o objetivo um ampliação
do conhecimento sobre asteroides.
433 Eros
Projeto Near foi um programa da NASA com o objetivo
de aterrisar uma espaçonave em um asteroide, onde
pousou em 433 Eros em 2000 com o objetivo de
mapeamento fotográfico e medições químicas.
O tempo de duração da espaçonave no asteroide foi de
um ano e a energia obtida vinha de células solares.
Projeto Near
Um “bombardeamento maciço” de
asteroides e cometas seria a explicação
para formação da superfície esburacada
e cheia de fraturas apresentada pela
Lua.
Bombardeamento
Asteróides em rota de colisão com a Terra são chamados
Meteoroides.
Se queimados na atmosfera: Meteoros.
Se resta algo chegando no chão: Meteoritos.
Meteoritos ajudaram muito no estudo da formação e
evolução do Sistema Solar.
Meteoroides, Meteoros e Meteoritos
Quando a Terra cruza a trilha de detritos
deixada por um cometa ocorre um
número elevado de estrelas cadentes,
chamado de chuva de meteoros.
Os meteoros parecem vir todos da mesma
direção, a direção do movimento dos
detritos relativo ao movimento da Terra,
chamada radiante.
Chuva de Meteoros
Chuvas de meteoros
são
fenômenos
periódicos anuais, e
ganham o nome da
constelação de onde
elas parecem vir.
As mais conhecidas e
intensas
são
as
Perseidas, em agosto,
e as Leônidas, em
novembro.
Chuva de Meteoros
O meteorito do Bendegó, também
chamado Pedra do Bendegó foi
encontrado em 1784 pelo menino
Bernardino da Mota Botelho, filho do
vaqueiro Joaquim da Mota Botelho,
próximo ao riacho do Bendegó, então
município de Monte Santo. É o maior
meteorito já encontrado em solo
brasileiro. No momento do seu achado,
tratava-se do 2º maior meteorito do
mundo, mas hoje ocupa o 16º lugar, em
tamanho.
Meteorito de Bendegó
O evento de Tunguska na
Sibéria (1908) foi uma
explosão
gigantesca
(~mil vezes a da bomba
de
Hiroshima),
que
derrubou 80 milhões de
árvores em uma área de
2150 mil km2.
É o maior corpo celeste
que já atingiu a Terra na
história registrada.
Alguns meteoritos conhecidos
A teoria mais aceita sobre as causas das mudanças climáticas responsáveis pela
extinção Cretáceo-Paleogeno (K-Pg, antigamente K-T), uns 65 milhões de anos atrás
(dinossauros não avianos entraram em extinção), é a do impacto de um meteorito
de ~10 km de diâmetro, talvez em “colaboração” com erupções vulcânicas na
Índia.
A provável cratera deste impacto
é a de Chicxulub, no México,
cratera de 18 km de diâmetro
descoberta em 1978.
Teorias sobre a extinção do
Permiano-Triássico ou extinção
Permo-Triássica (~251 mio. anos
atrás, matou uns 90 % a 95 % dos
espécies existentes na época) por
causa de um meteorito são tidas
como improváveis.
Sem perigo (branco)
A probabilidade de colisão é 0, ou tão
baixa que é assim considerada. Aplicada
em objetos tão pequenos que se
desintegram ao passar pela atmosfera.
Normal (verde)
Chance de colisão
improvável.
extremamente
Probabilidade de um meteoro
devastador
Merecedor de atenção (amarelo)
- Objetos que passem perto da Terra.
- Cálculos dão 1% de hipótese de colisão
capazes de destruição. Público merece
ser avisado se a colisão se encontra a
menos de uma década de distância.
- Cálculos dão 1% ou mais de hipóteses
de colisão capazes de destruição.
Público merece ser avisado se a colisão
se encontra a menos de uma década
de distância.
devastador
Perigoso (laranja)
- Um encontro que representa um
verdadeiro perigo de destruição. A
atenção dos astrónomos é crucial para
determinar se e quando a colisão se vai
dar.
- Um encontro que representa um perigo
sério de catástrofe global. A atenção dos
astrónomos é crucial para determinar
quando é que a colisão se vai dar.
- Um encontro que representa um perigo
sério de catástrofe global.
devastador
Colisões certas (vermelho)
- A colisão é certa, capaz de causar
destruição localizada em terra ou um
tsunami se ocorrer no mar. Um evento desta
magnitude ocorre uma vez em 1000 anos.
- A colisão é certa, capaz de causar
devastação localizada em terra ou um
tsunami gigante se ocorrer no mar. Um
evento desta magnitude ocorre uma vez
entre 10 000 a 100 000 anos.
- A colisão é certa, capaz de causar uma
catástrofe global que poderá por em risco o
futuro
da
civilização
tal
como
a
conhecemos, quer a colisão se dê em terra
ou no mar. Um evento desta magnitude
ocorre uma vez em 100 000 anos.
devastador
Um asteroide que está mais ou menos em rota de colisão com a Terra é
Apophis, de ~350 m de diâmetro, que poderia colidir conosco em 2036,
causando tsunamis e/ou mudanças climáticas e milhões de mortos.
Quando descoberto, o asteroide era um no. 4 na escala de Torino (~1 % de
risco de colisão), recorde até hoje. Felizmente, desde então, a órbita foi
determinada com melhor precisão, e o risco de colisão baixou para menos
que 1:1'000'000, tornando Apophis um no. 0.
Apophis
Identificando um corpo celeste com
antecedência, basta uma mudança
pequena na sua velocidade e direção
para que não atinja a Terra.
Não seria necessário destruir o
asteroide. Bastaria levar pequenos
foguetes à superfície do corpo.
Uma vez ancorados os motores à
superfície, pode-se fazer pequenas
correções na órbita.
Possível solução
Objetos Transnetunianos
Corpos gelosos com órbitas além de
Netuno.
Distribuídos em 2 regiões:
A Cinturão de Kuiper, de 30 a 100 AU
do Sol, onde se encontram os objetos
da Cintura de Kuiper clássicos, e
originam os cometas de curto período.
A hipotética Nuvem de Oort, entre 300
e 100'000 AU do Sol, repositório de
cometas de longo período.
Dentre os maiores objetos transnetunianos os mais famosos são:
Éris
Sedna
Plutão
Sua existência foi sugerida por Gerald Kuiper, onde cometas de curto período
coincidiam com as órbitas dos planetas em uma região plana, após a órbita de
Netuno (distância entre 30 a 100 AU do Sol).
Estima-se que este Cinturão tenha mais de 6 milhões de objetos transnetunianos.
Os corpos ali encontrados são comumente chamados de KBO’s (Kuiper belt object).
1 AU equivale a 149 597 871 Km
Cinturão de Kuiper
“Deus do Submundo”.
Descoberto
em
1930
por
Clyde
Tombaugh na procura por um nono
planeta.
Localiza-se no cinturão de Kuiper e é o
maior membro do grupo.
Composto principalmente
(60%) e gelo (40%).
de
rocha
Possui 5 satélites naturais: Caronte, Nix,
Hidra, P4 e P5 (nomes provisórios).
Semi-maior eixo da órbita: 39.5 AU.
Período orbital: 246 anos terrestres.
Período rotacional: 6.4 dias terrestres.
Plutão
Plutão tem muitas propriedades não muito típicas
para um planeta:
• Órbita muito mais inclinada, 17°com a eclíptica,
que a dos outros planetas e que cruza a órbita
de Netuno, em ressonância 3:2 com o período
orbital de Netuno.
• Raio e massa baixos de 0.18 RTerra e 0.002 MTerra
• Composição química similar a TNOs e a Tritão,
mas não aos planetas.
Em 2005 foi descoberto um TNO maior que Plutão,
Éris.
Plutão
Em 2006, a União Astronômica Internacional (IAU) estabeleceu 3 critérios para
planetas:
1. Orbitar uma estrela, i. e. o Sol.
2. Massa grande o suficiente para ter forma esférica pela gravitação própria.
3. Ter vazia a vizinhança da órbita.
Plutão não satisfaz o critério 3.
Reclassificado junto com Éris para planeta anão, ou plutóide ou objeto
transnetuniano (ou do Cinturão de Kuiper).
Plutinos são TNOs em ressonância 3:2 com Netuno.
(a cada duas voltas em torno do Sol, Netuno faz 3)
Plutão
Planeta anão localizado nos confins do sistema solar, com período orbital de cerca
de 560 anos. Acredita-se ser o maior planeta anão no sistema solar de acordo com
alguns cientistas (cerca de 2320 km).
Éris
É o planeta anão mais distante conhecido no sistema solar (3 vezes mais longe que
Netuno).
Possui um dos maiores períodos orbitais conhecidos, aproxima-se de 11.400 anos e um
periélio de cerca de 76 AU que é o maior periélio conhecido no sistema solar.
Existem evidências de uma pequena lua orbitando-o.
Periélio: ponto mais próximo do Sol.
Sedna
A órbita de Sedna comparada
com as órbitas de Júpiter,
Saturno, Urano, Netuno, e
Plutão.
Sedna
Cometas
Pequenos TNOs compostos por gelo (água,
metano, amônia e dióxido de carbono),
poeira, às vezes material orgânico e/ou um
núcleo rochoso.
“Bolas de gelo sujo”, que se aventuram no
Sistema Solar interior.
Apresentam caudas de até 1 AU de
comprimento quando passam pelo Sistema
Solar interior.
Cometas
Quando o cometa se aproxima do Sol (< 5
AU), o gelo sublima, formando um coma de
gás evaporado e poeira em torno do
núcleo sólido.
Ainda se forma um halo de hidrogênio em
torno do coma.
O gás é parcialmente
radiação solar.
ionizado
pela
Cometas
A pressão da radiação do vento solar
empurra a poeira para longe do Sol,
formando a cauda de poeira.
O vento solar e o campo magnético do Sol
empurram o gás ionizado para longe,
formando a cauda de íons.
A(s) cauda(s) está(o) sempre voltada(s) para
o lado contrário do Sol.
Quando o cometa sai da vizinhança do Sol, a
cauda some (mas o cometa não, e pode
voltar algum dia).
Cometas
Há cometas periódicos:
•
de curto período (< 200 anos)
como Halley, que volta cada
76 anos, vindos do Cinturão
de Kuiper.
•
de longo período (> 200 anos,
até mais
de 1 milhão de
anos), vindos da Nuvem de
Oort. Há teorias, de que estes
são defeletidos rumo Sol por
estrelas passando perto do
limite do Sistema Solar.
E não-periódicos, indo para fora
do Sistema Solar.
Cometas
No passado, cometas colidiram frequentemente com planetas, luas e asteroides.
Panspermia: A detecção de moléculas orgânicas nos cometas levou a especulações
de que cometas ou meteoritos podem ter trazidos os elementos precursores da vida
ou mesmo os primeiros elementos vivos para a Terra.
Cometas
Hale-Bopp: 19 meses de visibilidade (recorde) a partir de 23/07/1995, muito brilhante
por ser grande, só volta em 2400 anos.
Swift-Tuttle: passou em 1862 e 1992, deixa uma trilha de detritos que causa a chuva de
meteoros das Perseidas. Já foi suspeito de poder se chocar com a Terra algum dia.
Ressonância de 1:11 de Júpiter.
Hale-Bopp
Swift-Tuttle
Cometas: mais conhecidos
Hyakutake: passou perto da Terra em 1996 e tinha uma
das caudas mais compridas já observadas. Não volta
por pelo menos 14 000 anos.
Halley: Cometa periódico com período de 76 anos,
seus detritos causam a chuva de meteoros das
Orionidas. Volta em 2061.
Hyakutake
Shoemaker-Levy 9 é conhecido por ter se chocado
com Júpiter, o que forneceu informações sobre a
composição do planeta gigante .
Shoemaker-Levy 9
Halley
Cometas: mais conhecidos
A NASA lançou uma espaçonave na
Missão Stardust com o objetivo coletar
pedaços do cometa utilizando um gel para
“grudar” as partículas do cometa Wild-2 na
nave, e depois as partículas eram enviadas
de volta para a Terra.
Missão Stardust
Rosetta é uma sonda espacial construída e
lançada
pela
Agência
Espacial
Europeia (ESA) com a missão de encontrar-se
no espaço e fazer um estudo detalhado
do cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko,
que viaja entre as órbitas da Terra e
de Júpiter.
Philae é uma sonda robótica pousadora que
integra a sonda espacial Rosetta, construída
para fazer o primeiro pouso controlado no
núcleo de um cometa do Sistema Solar,
o 67P.
Missão Rosetta +Philae
Nome: Menção à Pedra de Rosetta, fragmento do Egito Antigo com inscritos que
ajudaram a compreender os hieróglifos.
Peso: 3 mil kg (o módulo Philae pesa 100 kg).
Custo da missão: R$ 4,45 bilhões.
Missão Rosetta + Philae
Transporta dez instrumentos científicos:
APXS: Detecta partículas alfa e raioX que produzem informação primária
da superfície do cometa.
CIVA: Grupo de sete câmeras idênticas
construídas
para
fazer
imagens
panorâmicas da superfície acopladas
a
um
microscópio
e
a
um espectrômetro infravermelho.
ROLIS: É uma câmera para obter
imagens de alta resolução durante a
descida
da
sonda
e
imagens
panorâmicas das áreas de coleta dos
outros equipamentos.
CONSERT: Equipamento usado para
propagação
de
ondas
eletromagnéticas para determinar a
estrutura interna do cometa.
Philae
COSAC: analisar amostras de solo e
determinar o conteúdo de componentes
voláteis.
MÓDULOS
PTOLEMY:
Mede
a proporção de isótopos de elementos
voláteis principais no núcleo do cometa.
MUPUS: Mede a densidade e as
propriedades mecânicas e termais da
superfície do cometa.
ROMAP:
Magnetrômetro
e
sensor
de plasma para estudar o núcleo
magnético do cometa e suas interações
com o vento solar.
SD2: Subsistema para perfuração, coleta
e distribuição de amostras.
SESAME:
Equipamento
com
três
instrumentos
para
estudar
as
propriedades das camadas externas do
cometa.
Philae
Origem e evolução do Sistema Solar
Hipótese Nebular
Proposto já por René Descartes (1596-1650),
Immanuel Kant (1724-1804) e o Marquês de
Laplace (1749-1827): O Sol e os planetas se
formaram simultaneamente da mesma nuvem
de material, a Nébula Solar.
Este material continha 2 % de elementos mais
pesados que H e He, formadas por estrelas
que precediam o Sol.
Colapso gravitacional da nébula solar
(uns 4.6 bio. anos atrás)
A nébula solar adquire um momento
angular. Isso explica porque (quase)
tudo no Sistema Solar gira no mesmo
sentido.
Calor gerado no interior forma um
proto-Sol, que corresponde a 99% da
massa da nebulosa.
Por forças de coesão, a poeira da nébula começa a formar planetesimais
de até 1 km.
Na parte interior do disco:
Temperaturas altas, só material rochoso conseguiu condensar. Por isso,
foram formados poucos planitesimais e estes eram telúricos.
Não conseguiram atrair e acumular atmosferas (estas foram formadas
depois, talvez por vulcanismo, ou trazidas por planetesimais/cometas/
asteroides).
Planetas rochosos.
Neste período também ocorreram as colisões que resultaram na Lua
terrestre e nas inclinações dos eixos rotacionais dos planetas.
Na parte exterior do disco:
Temperaturas baixas, material rochoso e gelos podiam condensar. Devido
a abundância de materiais, muitos planetesimais foram formados,
compostos de materiais rochosos e gelosos.
Conseguiram atrair e acumular atmosferas (gigantes gelosos) ou até
atmosferas massivas (gigantes gasosos).
Em torno dos planetas gigantes: formação de algumas das luas de
maneira similar à forma que os planetas em torno do Sol se formaram, i. e.
as Luas Galileanas de Júpiter.
Como o disco era mais denso na região de Júpiter, foi este gigante que
acabou acumulando a maior massa.
A formação de Júpiter + luas deve ter levado ~1 mio. anos.
Os corpos menores se formaram em duas regiões:
Região onde os planetesimais rochosos não conseguiram formar um planeta grande,
só corpos menores (Cinturão de Asteroides). => Explica as posições dos vários tipos de
asteroides.
Mais para o exterior do que os planetas gigantes: densidade menor, plenetesimais
gelosos também só conseguiram formar corpos menores (Cinturão de Kuiper).
Por interações com o disco de acreção e
com os planetesimais, Júpiter migrou mais
para dentro, enquanto Saturno, Urano e
Netuno migraram mais pro exterior do disco.
No
caminho,
os
planetas
gigantes
capturaram
alguns
planetesimais,
e
defletiram outros, para dentro ou para fora
do disco.
Disco de acreção: estrutura formada por materiais difusos em movimento orbital ao redor de
um corpo central.
Os planetesimais capturados pelos planetas se tornaram luas menores.
Os defletidos para dentro caíram em cima dos planetas e luas recém-formadas,
causando crateras de impacto. Isso continua em escala menor até hoje e deve ter
sido particularmente intenso há 700 milhões de anos após a formação do Sistema
Solar, quando Júpiter e Saturno passaram por uma ressonância de 1:2, contribuindo
para a época do bombardeamento pesado.
Os defletidos para fora formaram a
Nuvem de Oort, ou foram expelidos do
Sistema Solar.
No caminho pra fora, Netuno ainda
capturou alguns objetos da Cinturão de
Kuiper em ressonâncias orbitais 3:2, os
plutinos atuais.
https://www.youtube.com/watch?v=b_m9SfTliOo
- Vídeo de 9s da sonda Dawn da NASA mostrando a superfície de Ceres:
http://www.nasa.gov/press/2015/march/nasa-spacecraft-nears-historic-dwarfplanet-arrival
- Imagem do polo norte de Ceres: http://www.astropt.org/2015/04/16/dawnobserva-o-polo-norte-de-ceres/
Ceres
Detecção
de
nitrogênio
molecular
na
cauda
do
cometa:
http://www.astropt.org/2015/03/22/rosetta-faz-primeira-deteccao-de-nitrogeniomolecular-num-cometa/
- Não foi detectado magnetismo nele e que isso pode nos levar aos primórdios do
Sistema Solar:
http://www.publico.pt/ciencia/noticia/cometa-67p-nao-tem-magnetismo-e-issolevanos-ate-aos-primordios-do-sistema-solar-1692411
- Pouso do robô no cometa:
http://www.bbc.co.uk/portuguese/noticias/2014/11/141112_pouso_robo_cometa_rb
- Documentário NatGeo - https://www.youtube.com/watch?v=TYFH1qa88xI
Cometa 67P
- Pesquisadores brasileiros do observatório SONEAR encontraram um novo
cometa o C/2015 F4 (JACQUES):
http://blog.cienctec.com.br/imagens/o-cometa-c2015-f4-jacques-o-mais-novocometa-brasileiro-parabens-a-todos-do-sonear/
- Plutão e Caronte a cores:
http://www.astropt.org/2015/04/16/plutao-e-caronte-a-cores/
Mais notícias:
Sistema Solar - Sol
Slides de apoio: Professor Pieter e Victória.
Próxima Aula 16/05:

Cinturão de Asteroides

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