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
janeiro de 2008. Image: MESSENGER, NASA, JHU APL, CIW.
14 de
- 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.
Sibéria
Laurentia
Gondwana
Báltica
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.
- 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 cujo
o 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 centro
deste 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)