planetologia comparativa, Notas de estudo de Física

Baixe planetologia comparativa e outras Notas de estudo em PDF para Física, somente na Docsity! Planetologia Comparativa A necessidade de compreender de que modo os planetas se comportam como classes distintas de objetos é uma das mais importantes motivações que temos para estudar o Sistema Solar. Há bem pouco tempo várias disciplinas científicas, tais como a geologia e a meteorologia, tratavam apenas de fenômenos associados ao nosso planeta. Hoje essas mesmas disciplinas são estudadas em um contexto muito mais amplo, abrangendo todo os planetas e satélites do Sistema Solar e não apenas a Terra. Com o acúmulo de dados que possuímos sobre os planetas, podemos dizer que a planetologia comparativa já se estabeleceu como uma das disciplinas fundamentais da astronomia. Seu objetivo principal é investigar os processos físicos que ocorrem (ou ocorreram) nos planetas e como eles funcionam nas diferentes condições encontradas em cada um desses corpos celestes. Para começar o nosso estudo do Sistema Solar vamos fazer uma descrição das principais características dos corpos que o compõem sob a ótica da planetologia comparativa. Veremos que o Sistema Solar é formado por corpos bastante diferentes fisicamente e, certamente, uma importante pergunta ficará o tempo todo na nossa mente: por que isso aconteceu? Algumas respostas a isso serão dadas ao longo do nosso curso quando estudarmos 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 terrestres Os quatro planetas mais próximos do Sol ou seja, Mercúrio, Vênus, Terra e Marte, são denominados planetas internos ou planetas terrestres. Esses quatro corpos celestes são mundos relativamente pequenos, aquecidos devido à sua proximidade com o Sol e compostos basicamente por rochas e metais. Todos eles têm superfícies sólidas que guardam registros dos processos geológicos que ocorreram neles e que resultaram na formação de crateras, montanhas e vulcões. planetas externos ou gigantes Os quatro planetas seguintes, que são Júpiter, Saturno, Urano e Netuno, são bem maiores que os quatro planetas internos. No entanto, se comparados com os planetas terrestres, esses quatro enormes planetas são compostos por materiais bem mais leves que se apresentam na forma de gases, gelos e líquidos. Estes quatro grandes planetas, situados após a órbita de Marte, são chamados de planetas externos ou planetas gigantes. e Plutão? Nos confins do Sistema Solar temos o último dos planetas conhecidos, o pequeno Plutão, que não é classificado nem como terrestre e nem como gigante. Curiosamente Plutão é bastante parecido com um dos maiores satélites dos planetas gigantes. Na tabela abaixo fornecemos os valores das principais características físicas dos planetas terrestre e gigantes. Desse modo podemos compará-los mais facilmente. Tabela 9 Mercúrio Vênus Terra Marte Distância ao Sol (em unidades astronômicas - UA) 0,4 0,7 1,0 1,5 Período de translação em torno do Sol (em anos terrestres) 0,2 0,6 1,0 1,9 Diâmetro equatorial (km) 4878 12102 12756 6790 Massa (em comparação com a massa da Terra) 0,055 0,8 1,0 0,1 Densidade (g/cm3) 5,4 5,3 5,5 3,9 Rotação em torno do seu eixo (em unidades de tempo terrestres: d= dias; h=horas) 58,6d -243d 23,9h 24,6h Inclinação do eixo de rotação (em graus) 0o 2 23 24 Titã (satélite de Saturno) 5140 km Mercúrio (planeta) 4878 km Calisto (satélite de Júpiter) 4800 km Io (satélite de Júpiter) 3632 km Tritão (satélite de Netuno) ~ 3500 km (mais ou menos 250 quilômetros) Lua (satélite da Terra) 3476 km Europa (satélite de Júpiter) 3138 km Plutão (planeta) ~ 3000 (2320) km Caronte (satélite de Plutão) 1270 km Sedna (possível objeto da Nuvem de Oort interna) 1000 - 1700 km 2004 DW (objeto do cinturão trans-netuniano) ~ 1500 km Quaoar (objeto do cinturão trans-netuniano) ~ 1250 km Ixion (objeto do cinturão trans-netuniano) 1065 (± 165) km Ceres (asteróide) 1032 km A imagem ao lado é facilmente reconhecida por todos. É a superfície do satélite natural da Terra, a nossa Lua. Esse enorme conjunto de crateras é o resultado de milhares de impactos de asteróides e cometas sobre a sua superfície ao longo de milhões de anos. Certo? Infelizmente quem concordou com a afirmação acima errou parcialmente. Realmente essa superfície esburacada foi formada do modo descrito mas a imagem não é da Lua. Esta é a superfície do planeta Mercúrio, mostrando o resultado de milhões de anos de violentos impactos sobre a sua superfície. Embora tenhamos indicações de que este bombardeamento foi muito mais intenso nos primórdios do Sistema Solar, sabemos que eles acontecem até hoje. Prova recente disto foi a colisão do cometa Shoemaker-Levy 9 com Júpiter, em meados de 1994, evento que foi acompanhado detalhadamente pelos astrônomos de todo o mundo. Por outro lado, forças internas também têm modelado as superfícies planetárias através da formação de montanhas, da erupção de vulcões e da violência dos terremotos e maremotos. Todos esses eventos ocorrem devido ao que chamamos de atividade geológica de um planeta. Entre os corpos do Sistema Solar que têm, ou tiveram num passado recente, o maior nível de atividade geológica estão a Terra, Vênus e Io, que é um dos satélites de Júpiter. Por outro lado, a Lua, Marte e Mercúrio são, há muito tempo, mundos completamente mortos, desprovidos de atividades geológicas. A imagem ao lado mostra a erupção de um vulcão em Io, um dos grandes satélites de Júpiter. Estes diferentes graus de atividade geológica podem ser melhor entendidos ao percebermos que toda essa atividade resulta do fato de certos planetas possuirem um interior quente. Os vulcões, assim como as montanhas, são resultantes do calor que escapa do interior de um planeta. Este calor interno foi obtido durante o processo de formação dos planetas e, por este motivo, é chamado de primordial. Entretanto, quanto menor for um planeta mais facilmente ele vai perdendo seu calor interno, adquirido durante a sua formação, e logo se tornará inativo. Isto foi o que, muito provavelmente, aconteceu com a Lua e Mercúrio. Marte, embora também apresente indícios de ter tido uma considerável atividade interna, hoje mostra que esta atividade cessou completamente. O grau de bombardeamento externo sofrido por um planeta é um parâmetro fundamental que usamos para reconstituir o seu nível da atividade interna. Na Terra, por exemplo, apenas os impactos mais recentes não foram "apagados". Em Marte ou na Lua, entretanto, a superfície guarda registro de bilhões de anos de impactos e isto nos permite determinar a sua idade. A "datação" de uma superfície planetária é obtida exatamente a partir da contagem do número e da distribuição de tamanhos das crateras existentes. Através desta técnica também é fácil identificar os terrenos mais jovens e os mais velhos de uma superfície planetária. Os terrenos mais jovens são aqueles que têm um menor número de crateras ou seja, nestas regiões alguma atividade geológica interveio para "apagar" as crateras que lá deviam existir em igual número ao que observamos nos terrenos mais velhos. Planetas gigantes: energia interna No caso dos planetas gigantes, entretanto, o que os caracteriza é sua energia interna. No caso de Júpiter, esse planeta gigante irradia para o espaço vizinho a ele uma quantidade de energia produzida no seu interior que é equivalente àquela que ele recebe do Sol. Neste caso a energia interna emitida pelo planeta é ainda aquela adquirida durante a sua formação, ou seja, a primordial. Por outro lado, Saturno também gera energia interna devido a um processo de diferenciação que consiste na segregação do hélio e do hidrogênio. Sendo o hélio mais pesado, pequenas gotículas deste elemento vão caindo na direção do núcleo e neste processo geram calor. Netuno também tem uma pequena energia interna mas Urano não tem. Isto faz com que esses dois planetas tenham a mesma temperatura superficial embora Netuno esteja a uma maior distância do Sol. Os pequenos corpos Satélites Já vimos que, além dos planetas descritos acima, o Sistema Solar também é formado por um grande número de pequenos corpos. Todos os planetas, com exceção de Mercúrio e de Vênus, possuem um ou mais satélites com tamanhos muito variados. Alguns deles se assemelham a pequenos planetas enquanto que outros possuem apenas alguns metros de diâmetro. Entre os maiores satélites podemos citar: a Lua (satélite da Terra), Io, Europa, Ganimedes e Calisto (que são os quatro maiores satélites de Júpiter, chamados coletivamente de satélites Galileanos), Titã (satélite de Saturno), e Tritão (satélite de Netuno). No momento existem cerca de 100 satélites catalogados mas muitos outros, bem pequenos, ainda continuarão a ser descobertos. Apenas a Lua é quimicamente e estruturalmente muito similar à própria Terra enquanto que a maioria dos satélites dos planetas externos têm composição similar ao núcleo do planeta que orbitam. Os três maiores satélites, Ganimedes, Calisto e Titã, são compostos por metade gelo de água e metade rochas e metais. As imagens abaixo mostram as superfícies de Ganimedes e Calisto. Ganimedes Calisto Calisto, Ganimedes e Titã se diferenciaram facilmente nos primórdios da formação planetária já que tiveram que atingir apenas a temperatura de derretimento do gelo e não a das rochas, como os planetas terrestres. Hoje em dia estes satélites têm densas superfícies de gelo muito duro e um interior composto de rochas e de metais. Anéis Cada um dos planetas gigantes, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno, também possui um sistema de anéis compostos por um imenso número de pequenos corpos cujos tamanhos variam entre um grão de areia e uma montanha. Estes corpos seguem órbitas independentes umas das outras ao redor do planeta. O sistema de anéis mais brilhante é o de Saturno, que também foi o primeiro a ser descoberto. A imagem abaixo mostra os finos anéis que circundam o planeta Júpiter, uma descoberta que surpreendeu os astrônomos.