Astronomia e Astrofísica
E.E. “Profª Alcina Moraes Salles”
Professores:
Bruno Lima Emidio
Leda
O que é Astronomia?
Astronomia é a ciência que estuda os astros. Nesta categoria de
astros, se enquadram, desde cometas, satélites (luas), planetas, até
estrelas, galáxias, e o próprio universo.
É uma ciência importante pois nos ajuda a compreender como nosso
universo está organizado, e apresenta pistas da formação do nosso próprio
planeta.
Questões como “Como a água chegou ao nosso planeta?”, “Como a
vida surgiu?”, “Como viajar por outros planetas”, “Há vidas em outros
lugares”, a astronomia pode ajudar a resolvê-las.
O que é Astrofísica?
É a ciência responsável pelos estudos de física, química, biologia no
ramo espacial. É através desta ciência que podemos simular como
estrelas, planetas, galáxias, buracos negros e outros objetos estelares se
comportam.
Através deste ramo podemos entender a composição de partículas
elementares (bósons, átomos, prótons, neutrinos, nêutrons, elétrons,
quarks, e etc.). Seus estudos levaram a descobertas incríveis nos últimos
anos.
Dentre as descobertas, as estrelas-binárias, novos planetas, bósons,
buracos negros, entre outros fenômenos.
Origem do Universo
O Universo é o conjunto de todo o espaço conhecido e
desconhecido, que reúnem os todos os objetos espaciais. O universo foi
gerado a cerca de 14 bilhões de anos, em uma explosão denominada
como “Big-Bang”.
Esta explosão decorre da concentração de toda a massa do universo
em um único ponto, quente e denso, que levou ao ponto que toda ela
explodiu e se propagou em alta velocidade, lançando partículas
elementares, que mais tarde por força da gravidade, juntou-as formando
as galáxias, as nebulosas, planetas, estrelas, e outros astros.
Big Bang: Início
Universo: Objetos Astronômicos
No universo, existe uma série de objetos astronômicos de várias
ordens de grandeza, vejamos alguns deles:
- Asteróides: Em geral, menores que 1 Km.
- Planeta-Anão: Planetoides pequenos, com diâmetros menores que
2500 km, e que não tenham suas órbitas influenciadas por outros corpos.
- Planeta: Corpos celestes, que orbitam em torno de uma estrela,
com gravidade suficiente para superar as forças gravitacionais de outro
corpo. Suas órbitas, não se interceptam a de outros planetas. Os seus
tamanhos e massas são variáveis, podendo ser maiores inclusive do que
algumas estrelas.
- Estrelas: Astros capazes de emitir luz, com grande força
gravitacional, capaz de prender outros astros a sua volta, inclusive outras
estrelas. As estrelas, podem ser divididas conforme sua massa, veja no
próximo slide.
Estrelas: Divisão
Evolução das Estrelas
Estrelas de Pequena Massa
As estrelas de pequeno porte (0,08 – 0,45Msol), são estrelas que
queimam muito lentamente seu combustível, onde fusionam H (Hidrogênio),
e transformando em He (Hélio). Quando o núcleo é transformado em He, ele
precipita as camadas externas para o núcleo, pela pressão gravitacional,
cresce formando uma Gigante Vermelha, que logo depois colapsa,
transformando-se em uma Anã Branca, com núcleo de He.
Para sair da sequência principal, uma estrela dessa ordem demoraria
cerca de 3 trilhões de anos.
Estrelas de Massa Intermediária
São estrelas que tem massas que variam de 0,45 à 8Msol, que
queimam o seu combustível mais rapidamente, onde fusionam H em He em
seu núcleo, se transformando uma Gigante Vermelha, e saindo da Sequência
Principal. Depois fusionam He em C (Carbono), e posteriormente em O
(Oxigênio), e se transformam em uma Super Gigante Vermelha.
Quando fazem esta fusão (C e O), as camadas externas se
precipitam, fazendo o núcleo colapsar, formando uma nebulosa planetária,
despejando o gás, se tornando uma Anã Branca de núcleo de C, ou O.
Este é o fim esperado de estrelas da ordem do Sol. Ao final da vida
de uma Anã Branca, quando consumir todo seu combustível (em cerca de 10
bilhões de anos), se tornaria uma Anã Negra, uma estrela quase sem calor ou
luz.
Ciclo de Vida do Sol
Como Funcionam as Estrelas
Saída da Sequência Principal
Como funciona uma Gigante Vermelha
Estrelas de Grande Massa
Estas estrelas iniciam sua vida com massa entre 8 e 25Msol, e
seguem a mesma sequência das demais estrelas, queimando seu combustível
em velocidades maiores que as demais estrelas de massa menor.
Quando chegam ao ponto Super Gigante Vermelha, continuam a
fazer a fusão de C em O, de O em Na (Sódio), de Na em Mg (Magnésio), Mg
em Si (Silício), e Si em S (Enxofre), e S em Fe (Ferro). Quando chegamos a
fusão do Fe, todas as camadas se precipitam ao centro, e são refletidas em
calor e velocidades maiores as camadas externas gerando fortes correntes de
ventos que colapsam, formando a supernova, que expulsam os gases,
enquanto o centro de Fe gera um centro de gravidade tão forte, que se
transforma numa Estrela de Nêutrons, que transforma os prótons em
nêutrons.
Simulação da Supernova do Caranguejo
Supernova Maciça e a Expulsão de Gases
Supernova e a Estrela de Nêutrons
Estrelas de Altas Massas
São estrelas com Massas Solares acima de 25Msol, estas estrelas
queimam H em He, mas não há como observar as outras queimas, já que a
pressão gravitacional é tão grande que não costumam durar muito tempo, no
máximo 1 milhão de anos. Quando terminam esta fusão se transformam em
uma estrela de Wolf-Rayet, que logo forma um núcleo de Fe, que se
transforma em uma supernova, da mesma forma que em Estrelas de Grande
Massa, mas ao invés de formar uma Estrela de Nêutrons, a pressão
gravitacional faz a estrela se transformar em um Buraco Negro.
Buraco Negro e a Atração de Matéria
Sistema Solar: Formação
O sistema solar se formou a cerca de 4,5 bilhões de anos, com o
colapso da nuvem molecular que formou o Sol. Todos os planetas e objetos
astronômicos foram achatados pela força gravitacional deste colapso,
formando nosso sistema.
Desde então, o sistema evoluiu, principalmente, após a colisão de
alguns objetos astronômicos de fora, com os que aqui se encontravam,
formando luas, planetas, e asteroides. Partes de asteroides do próprio
sistema solar precipitaram sobre a Terra, Marte, Lua, Vênus, trazendo gelo,
água, e metais diversos.
Nosso sistema ainda continua em formação, devido a força
gravitacional exercida por planetas e do próprio Sol. Erupções vulcânicas,
ejeções de massa solar, gravidade planetária, colisões com asteroides, e
outros são responsáveis por moldar relevos, atmosfera, entre outros.
Sistema Solar: Organização
O sistema solar é formado
por todos os astros em órbita do Sol,
sejam eles, planetas, asteroides,
planetas-anões, luas, ou outros corpos
celestes. O sistema solar é formado
pelos seguintes astros:
- Sol: Estrela principal;
- Mercúrio;
- Vênus;
- Terra;
- Marte;
-Cinturão de Asteroides (Ceres);
- Júpiter;
- Saturno;
- Urano;
- Netuno;
- Disco Disperso (Cinturão de
Kuiper): Plutão, Eris, Makemake,
Haumea, Sedna, entre outros.
Sistema Solar - Planetas
Sol
Diâmetro (Km):695.000
Massa (Kg): 1,989x1030
Temperatura: 6000° C
Composição Química:
H – 92,1%
He – 7,8%
O – 0,061%
C – 0,030%
Mercúrio
Diâmetro (Km):2439,7
Massa (Kg): 3,303x1023
Temperatura: 179° C
Composição Química:
Na – 42%
He – 42%
O – 15%
Outros – 1%
Vênus
Diâmetro (Km):12439,7
Massa (Kg): 4.869x1024
Temperatura: 482° C
Composição Química:
CO² – 96%
N – 3%
Outros – 1%
Terra
Diâmetro (Km):6.378,14
Massa (Kg): 5,976x1024
Temperatura: 15° C
Composição Química:
N – 77%
O – 21%
Outros – 2%
Marte
Diâmetro (Km):3.397,2
Massa (Kg): 6.421x1023
Temperatura: -63° C
Composição Química:
CO² – 95,32%
N² – 2,7%
Ar – 1,6%
O – 0,13%
Outros – 0,25%
Cinturão de Asteroides
Este cinturão de asteroides é
composto por diversos asteroides, e um
Planeta-Anão (Ceres).
Existem outros corpos celestes,
como Mathilde(foto acima), Pallas, Vesta,
e Higia.
Estes corpos são resultantes da
nebulosa primitiva, que levou a formação
dos planetas e do próprio Sol.
Júpiter
Diâmetro (Km):71.492
Massa (Kg): 1.900x1027
Temperatura: -121° C
Composição Química:
H – 90%
He – 10%
Saturno
Diâmetro (Km):60.268
Massa (Kg): 5.688x1026
Temperatura: -125-° C
Composição Química:
H – 97%
He – 3%
Urano
Diâmetro (Km):25.559
Massa (Kg): 8.686x1025
Temperatura: -193-° C
Composição Química:
H – 83%
He – 15%
CH⁴ - 2%
Netuno
Diâmetro (Km):24.746
Massa (Kg): 1.024x1026
Temperatura: -153-° C
Composição Química:
H – 83%
He – 15%
CH⁴ - 2%
Cinturão de Kuiper
Assim como o Cinturão de
Asteroides que fica entre Marte e
Júpiter, foi formado pela mesma
Nebulosa primitiva.
Grande parte dos objetos,
situados
neste
cinturão,
são
pequenos asteroides, contudo, nos
últimos anos foram descobertos uma
série de planetas anões, entre eles:
Sedna, Plutão, Makemake, Eris, e
outras.
Objetos Transnetunianos
São toda a classe de
objetos, que orbitam o Sol entre
30.000 UA a 100.000 UA (1UA =
Distância entre a Terra e o Sol –
150.000.000 Km).
Nesta região se encontram
os planetas-anões, descritos na
imagem ao lado.
Plutão/Caronte
Plutão:
Diâmetro (Km):1.160
Massa (Kg): 1.29x1022
Temperatura: -240 -° C
Composição Química:
N–?
CH⁴ - ?
Caronte:
Diâmetro (Km):635
Massa (Kg): 1.77x1021
Temperatura: -220 -° C
Composição Química:
N–?
CH⁴ - ?
Sedna
Diâmetro (Km): 995
Massa (Kg): 1x1021
Temperatura: -240 -° C
Composição Química:
?
Éris
Diâmetro (Km): ?
Massa (Kg): ?
Temperatura: ?
Composição Química:
?
Austronáutica - Exercícios
Como Calcular o diâmetro de objetos distantes da terra?
Ө= L÷R
Ө= Tamanho Angular entre os polos do objeto avistado.
L= Diâmetro do Objeto (em Km)
R= Distância da Terra ao Objeto Observado (em Km)
Ex: Sol
Ө= 695.000(L)÷150.000.000 = 0,46
Ө=0,0046 radianos – (0,0046*180°)/π = 0,26 grau
Austronáutica - Exercícios
O Sol nasce todos os dias na mesma posição?
R: Não! Conforme a época do ano ele nasce em posições diferentes,
acompanhe!