06- Sistema Solar

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Sistema Solar 
Gastão B. Lima Neto 
Vera Jatenco-Pereira 
IAG/USP 
AGA 210 – 1° semestre/2015 
www.astro.iag.usp.br/~aga210�
Tamanhos, distâncias e propriedades 
Membros: Planetas Terrestres e Jovianos 
Satélites e Anéis 
Atmosferas e interiores dos planetas 
Cometas, Asteróide, NEOs 
Sistema Solar 
•  Sistema de objetos celestes ligados pela gravitação ao Sol. 
•  O Sol corresponde a 99,87% da massa total do Sistema Solar. 
–  Júpiter corresponde a 0.001%; 
–  a Terra corresponde a 0,0003%. 
Muitos sistemas 
planetários ligados a 
outras estrelas estão 
sendo descobertos. 
Componentes do Sistema Solar 
•  Uma estrela (Sol); 
•  8 planetas e 5 planetas-anões conhecidos; 
•  asteróides, satélites, cometas; 
•  meteoróides, poeira, gás e campos magnéticos. 
Enos Picazzio (IAG/USP) 
(não há corpos de massa semelhante nas proximidades) 
Satélites do Sistema Solar em comparação com a Terra 
imagem: NASA/wikipedia 
Total 67 
Total 27 
Total 62 
Total 14 
Terra (para comparação) 
Total 5 
1000 km 
Sistema Solar 
•  Os cinco planetas mais brilhantes, visíveis a olho nu, já eram conhecidos 
desde a antiguidade. 
•  A palavra planeta em grego significa astro errante: 
–  o planeta se move em relação às estrelas “fixas”. 
•  Depois da invenção do telescópio, outros dois planetas, satélites de 
outros planetas, asteróides, etc., foram descobertos. 
–  4 maiores satélites de Júpiter em 1609 por Galileu (1564–1642). 
–  Urano em 1781 por William Herschel (1738–1822). 
–  Ceres em 1801 por Giuseppe Piazzi (1746–1826). 
–  Netuno em 1846 por Johann Gottfried Galle (1812–1910) após previsão 
teórica de Urbain Le Verrier (1811–1877) e John Couch Adams (1819–1892). 
–  Plutão em 1930 por Clyde Tombaugh (1906–1997). 
–  Éris em 2001, Haumea em 2004 e Makemake em 2005, por Michael Brown e 
a equipe do Observatório do Monte Palomar. 
Sistema Solar: nomes 
Tradicionalmente, os nomes dos corpos do Sistema Solar são associados a 
entidades mitológicas. Os planetas têm nomes de deuses romanos 
Júpiter, deus dos deuses; Vênus, deusa do amor e da beleza; 
Marte, deus da guerra; Plutão, deus do inferno; 
Mercúrio, mensageiro dos deuses; Ceres, deusa dos grãos, cereais; 
Saturno, pai de Júpiter, deus da agricultura; Haumea, deusa do nascimento (mitologia Havaiana). 
Urano, deus do céu e das estrelas; Éris, deusa da discórdia; 
Netuno, deus do Mar; Makemake, criador da humanidade na mitologia Rapanui (Ilha de Páscoa). 
Órbitas (quase) coplanares dos planetas 
Plutão 
Eclíptica Terra 
17o 
As órbitas dos 
planetas estão 
praticamente no 
mesmo plano. 
A dimensão do 
sistema solar é de 
~ 30 UA (até 
Netuno). 
Planetas anões não obedecem esta regra. 
1 Unidade Astronômica (UA) 
 = 149 597 871 km 
Éris 
44o 
Estrutura do 
Sistema 
Solar 
•  O Sistema Solar vai 
muito além dos 
planetas. 
•  Depois da órbita de 
Netuno (30 UA) 
encontra-se o cinturão 
de Kuiper, com 
planetas anões e 
corpos congelados. 
•  Ao redor do Sistema 
Solar, com uma 
distribuição esférica 
está a Nuvem de Oort 
entre 50 e 100 mil UA. 
imagem: NASA/JPL 
Júpiter 
Plutão 
Cinturão de Kuiper 
Sedna 
Borda interna 
da Nuvem de Oort 
Órbita 
de Sedna 
Marte 
Cinturão de 
Asteróides 
Sistema Solar na Via Láctea 
•  1 ano-luz = 9,46 x 1012 km. 
•  1 ano-luz = 63,24 mil vezes distância Terra–Sol (63,24 mil UA). 
•  Sistema Solar está a cerca de 26 mil anos-luz do centro Galáctico. 
Classificação dos planetas 
Telúricos: Mercúrio, Vênus, Terra e Marte. 
Jovianos: Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. 
Planetas anões: Éris, Plutão,..., não se enquadram em nenhuma das categorias. 
Propriedades fundamentais dos Planetas 
Planetas Telúricos ou Terrestres 
(a Lua não é um planeta! Só está aqui para comparação) 
Propriedades Físicas 
Algumas propriedades dos planetas telúricos e da Lua. 
Massa Raio Densidade Gravidade 
Superficial 
(kg) Terra=1 (km) Terra=1 (kg/m 3 ) Terra=1 
Mercúrio 3,3 10 23 0,055 2400 0,38 5400 0,38 
Vênus 4,9 10 24 0,82 6100 0,95 5300 0,90 
Terra 6,0 10 24 1,00 6400 1,00 5500 1,00 
Marte 6,4 10 23 0,11 3400 0,53 3900 0,38 
Lua 7,3 10 22 0,012 1700 0,27 3300 0,17 
Alta densidade (água: 1000 kg/m3) 
Tamanho e massa comparáveis à Terra 
A região do plano da Eclíptica até 4 UA do SOL é dominada por 
objetos rochosos: 4 planetas, 1 planeta-anão (Ceres), satélites e 
milhares de asteróides. 
Propriedades Orbitais 
Algumas propriedades dos planetas telúricos e da Lua. 
* Vênus tem rotação retrógrada 
Temperatura em Kelvin (K): 273,15 K = 0°C 
 0 K => menor temperatura possível 
 ~ 300 K => temperatura ambiente. 
Velocidade 
de Escape
Periodo 
de 
Rotação
Temperatura 
Superficial
Pressão 
Atmosférica
(km/s) dias (K) Terra=1
Mercúrio 4.3 59 100-700 --
Venus 10.4 -243* 730 90
Terra 11.2 1.00 290 1.0
Marte 5.0 1.03 180-270 0.007
Lua 2.4 27.3 100-400 --
Propriedades Orbitais 
A rotação e o dia solar de Mercúrio 
Mercúrio gira 3 x em torno de si para cada 2 x que gira em torno do Sol 
==> Devido ao efeito de ressonância. 
Período de rotação: 59 dias terrestres. 
Período de translação: 88 dias terrestres. 
Mas, um dia solar 
(período entre o 
nascer do Sol de 
um dia até o dia 
seguinte) dura 
176 dias 
terrestres. 
Atmosfera dos planetas telúricos 
•  Mercúrio 
•  Alta temperatura ~700 K (430°C) e pequena massa: 
–  Não consegue reter atmosfera. 
–  Toda a atmosfera tem menos de 1 tonelada. 
•  Sem atmosfera, não retém calor: 
–  temperatura cai durante a noite a ~100 K (–173°C). 
–  Podemos observar as estrelas durante o dia em Mercúrio. 
•  Composição (muito incerta): 
–  42% O2, 29% Na, 22% H2, 6% He, 0,5% K 
•  Origem: 
–  emissão de gás do planeta e/ou 
efeito do vento solar 
imagem em alta resolução 
telescópio de 1,5m, Mt Wilson 
Dantowitz et al. ApJ 2000 
Atmosfera dos planetas telúricos 
•  Vênus 
•  Atmosfera mais alta e mais densa do que na 
Terra. 
–  Pressão = 90 PTerra. 
–  Temperatura na superfície = 730 K (460°C, zinco e 
chumbo derretem) 
•  Composição: 
–  96,5% CO2, 3,5% N2. 
•  Nuvens com gotas de ácido sulfúrico. 
Foto obtida pela sonda Venus Express 
da ESA em 2006. Imagem em cores 
falsas no ultravioleta. 
Atmosfera dos planetas telúricos 
Efeito estufa em Vênus: A grande concentração de CO2 impede o escape da 
radiação infravermelha causando o efeito estufa, o que provoca o aumento da 
temperatura no planeta. 
Efeito mais forte em Vênus que na Terra. 
Atmosfera dos planetas telúricos 
•  Marte 
•  Atmosfera: 
–  Pressão = 1/150 PTerra. 
–  Tsuperfície = ~ 210 K (–60°C) 
•  Temperatura máxima: ~ 20°C 
•  Pouca atmosfera, grande variação 
de temperatura entre dia e noite 
(mais de 100°). 
•  Composição: 
–  95,3% CO2, 2,7% N2, 1,6% Ar, 
CO, O2, H2O 
Imagem obtida em agosto/2003 
pelo telescópio espacial Hubble 
Superfície dos planetas telúricos 
•  Mercúrio 
•  Muito similar a Lua. Crateras não tão altas. Não mostra grandes extensões de 
lavas (mares lunares). 
Foto Mariner 10: distante de 20.000 km de Mercúrio. 
Mercúrio observado pela sonda Messenger em 2008 a uma 
altura de 27 mil km. Atualmente a Messenger está orbitando 
Mercúrio desde 03/2011 (até 2015?). 
Superfície dos planetas telúricos 
•  Vênus 
•  A superfície não pode ser observada diretamente 
–  Mapas são feitos com radares em sondas 
•  Duas maiores estruturas (“continentes”): 
–  Ishtar [próximo do pólo norte] e Aphrodite [no equador]. 
I s h t a r 
A p h r o d
i t e 
Mapa de altitude produzido com dados da sonda Magellan em 1993 
Rhea mons 
Theia mons 
Atlanta 
planitiaMontes Maxwell 
Superfície dos planetas telúricos 
•  Vulcanismo e crateras em Vênus 
(a) Estruturas em forma 
de domo resultantes de 
rocha derretida, resfriada, 
com rachaduras. 
(b) Imagem de 
computador reproduzindo 
os domos. 
(c) imagem do vulcão Gula visto pela 
sonda Magalhães. 
25 km 
Superfície dos planetas telúricos 
•  Marte 
•  A superfície pode ser observada facilmente. 
–  Mapas são feitos com observações da Terra e sondas 
Mapa de altitude produzido pela missão Mars Global Surveyor (1998-2006) 
Monte Olimpo, 
maior vulcão do 
Sistema Solar; 25 
km de altura, 700 
km de diâmetro 
Vale Marineris, 
canyon com 4000 
km de extensão, 7 
km de profundidade 
Alba Patera 
Vista sob a perspectiva da sonda 
Viking 1: terreno rochoso 
avermelhado (óxido de ferro). Céu 
rosa pálido. 
Superfície dos planetas telúricos 
•  Marte: água na superfície e abaixo 
•  Imagens de canais, interpretados como sendo causados por fluxo de água há 
4 bilhões de anos. 
Lago de água congelada 
(e não “gelo seco” pois a 
temperatura estava alta) 
de 10 km de diâmetro 
(Mars Express Orbiter) 
Superfície dos planetas telúricos 
•  Marte: missões recentes 
Viking 1 & 2 (1976): 
primeiras imagens 
feitas no solo 
marciano 
Mars Global 
Surveyor (1996–
2006): mapas e 
estudos das 
variações climáticas 
Pathfinder (Sojourner depois do 
pouso, 1996–1997) 
Opportunity (2004– ) e 
Spirit (2004 – 03/2010) 
Phoenix Mars Lander 
(2008): estudou o solo e 
atmosfera no pólo norte 
de Marte 
As luas de Marte 
•  Phobos e Deimos foram descobertas em 1877 por Asaph Hall. São muito 
irregulares e marcadas por crateras. Acredita-se que são asteróides 
capturados por Marte (mas há controversia). 
Phobos (28x20 km) visto pela Mars Reconnaissance 
Orbiter. Phobos tem uma órbita baixa (5.800 km acima 
da superfície) e deverá se desintegrar devido às forças 
de maré de Marte em ~ 100 milhões de anos. 
Deimos(15x11 km) visto pela Mars 
Reconnaissance Orbiter, está a 23.460 km de 
distância de Marte. 
Estrutura interna dos planetas telúricos 
Enos Picazzio (IAG/USP) 
Planetas jovianos (gigantes gasosos) 
Em Júpiter a 20 mil km de profundidade a temperatura sobe para 10 mil K e a 
pressão chega a 300 mil atmosferas � o hidrogênio líquido se torna condutor de 
eletricidade e daí a sua classificação de “Hidrogênio metálico”. 
Planetas jovianos (gigantes gasosos) 
•  Júpiter e Saturno, os maiores em raio e massa. 
•  A densidade de Saturno é menor pois tem massa menor que Júpiter. 
•  A pressão atmosférica em Urano e Netuno não é tão elevada como nos jovianos 
maiores. 
•  A alta atmosfera Joviana é composta por cerca de 90% de hidrogênio molecular 
(H2) e o restante praticamente de Hélio, a mesma composição do Sol. Isto 
significa que este planeta tem a mesma composição química que deu origem ao 
sistema Solar. 
Rotação dos planetas jovianos 
•  Como medir rotação de planetas que não apresentam 
superfície sólida? 
•  Características da atmosfera movem-se a diferentes 
taxas de rotação � diferencial. 
•  Júpiter (Pequador = 9h 50m; latitudes � 6m a mais). 
•  Saturno: diferença entre equador 
e pólo � 56m. 
•  Medidas na variação de emissão 
rádio indicam valores para rotação 
na região mais interna. 
Imagens da sonda New Horazons 
em 2007 (NASA, Johns Hopkins Univ.) 
Júpiter 
•  Maior planeta do Sistema Solar. 
•  Atmosfera: 90% H, 10% He. 
Traços de metano, amônia 
e água. 
•  Estrutura de bandas (faixas) 
•  Propenso a grandes tempestades 
–  A grande Mancha Vermelha 
é um anti-ciclone que já dura 
mais de 4 séculos e tem 3x o 
tamanho da Terra. 
imagem HST 
A Mancha Vermelha é 
alimentada pelo calor de 
Júpiter e absorve ciclones 
menores. 
Jupiter 
67 satélites conhecidos até 2014 
Satélites galileanos 
Descobertos por 
Galileu em 1609: 
Io 
Europa 
Ganimede 
Calisto 
animação equivale a cerca de 11 dias 
Satélites galileanos 
•  Vulcanismo em Io 
•  Superfície de gelo em Europa 
Imagens da sonda Galileo, 1998 
•  Diferentes tons nas superfícies de Calisto 
e Ganimede. 
Saturno 
•  Segundo maior planeta, caracterizado por seu sistema de anéis. 
–  Galileu observou os anéis de Saturno em 1610, mas não o reconheceu como tal. 
–  Christiaan Huygens descreve os anéis como um disco em 1655. 
–  Giovanni Cassini descobre em 1675 que os anéis são múltiplos e com separações 
entre 
eles. 
–  Em 1859, James 
Maxwell mostra 
que os anéis não 
podem ser sólidos, 
e sim compostos 
por partículas. 
–  Espessura dos anéis 
é menor do que 
100 metros. 
Aparência dos anéis ao 
longo de 30 anos, devido 
à inclinação de Saturno 
em relação ao plano de 
sua órbita 
Anéis de Saturno 
Anéis de saturno em cores naturais, observadas pela 
sonda Cassini em 2004 
Duas luas pastoras, Prometheus e 
Pandora orbitam o anel F de Saturno, uma 
a poucas centenas de km na parte interna 
e outra na parte externa do anel. Imagens 
feitas pela sonda Cassini. 
Compostos principalmente de pedras de gelo e 
alguns centímetros até ~10 metros. 
Satélites de Saturno 
•  Titan, maior lua de Saturno, é maior do que Mercúrio e tem uma atmosfera 
espessa. 
•  Titan apresenta lagos, nuvens e, 
provavelmente, até chuva (de 
metano). 
•  Além da Lua, Titan é o único satélite 
em que uma sonda pousou (Huygens 
em 2005). 
Imagem de David Seal, NASA 
imagens da sonda Cassini e 
Huygens (ESA)de Titan 
Urano e Netuno 
•  Urano foi o primeiro planeta descoberto com o uso de telescópio foi Sir William Herschel em 
1781. 
•  Ao longo do anos, verificou-se que o movimento observado de Urano não coincidia com as 
previsões teóricas. 
•  John Adams, em 1843, e Urbain Le Verrier, em 1845, postularam a existência de um corpo 
que poderia perturbar o movimento de Urano. 
•  Em 1846, Le Verrier enviou seus cálculos ao observatório de Berlin, onde Joahann Galle 
descobriu Netuno a 1° da posição prevista. 
–  Galileu observou Netuno em 1612 e 1613, mas não o reconheceu como planeta. 
Urano, observado pelo 
telescópio Keck em 2004. 
Netuno, observado pela 
sonda Voyager 2 em 1989 
Inclinação de Urano 
•  O eixo de rotação de Urano é quase coincidente com o plano orbital. 
•  Teoria clássica: colisão com um corpo do tamanho da Terra na época de formação. 
•  Teoria alternativa: evolução lenta devido a uma interação com um satélite (via 
ressonância) que já se perdeu. 
–  este cenário explica as órbitas equatoriais dos satélites de Urano. 
G. Boué & J. Laskar, 2010 (BdL, França)�
Atmosfera de Urano e Netuno 
•  Semelhante a Júpiter e Saturno, mas com pouco NH4 (amônia) e mais 
CH4 (metano) 
–  Isto dá a cor mais azulada destes planetas. 
•  Urano apresenta faixas como Júpiter, mas muito mais fracas. 
•  Mancha escura 
de Urano, 
descoberta em 
2006 em imagem 
do Telescópio 
Espacial Hubble. 
Atmosfera de Urano e Netuno 
•  Semelhante a Júpiter e Saturno, mas com pouco NH4 (amônia) e mais 
CH4 (metano) 
–  Isto dá a cor mais azulada destes 
planetas 
•  (a) Grande Mancha escura de Netuno. 
Resolução da imagem ~ 50 km. 
•  (b) Imagens de Netuno com HST. 
•  Nuvens rosado de cristais de 
gelo de metano (observadas no 
infravermelho). Mudanças devido 
às estações do ano em Netuno. 
N e t u n o 
Satélites de Urano e Netuno 
•  Urano tem 27 satélites conhecidos. Em 1851, as 
4 maiores já eram conhecidas. Miranda, o 5º foi 
descoberto em 1948 e o restante foi descoberto 
após a passagem da Voyager 2. 
•  A maioria das luas orbitam no plano do equador 
de Urano. 
•  Netuno tem 14 satélites conhecidos. A maior é 
Tritão, descoberto em 1846. 
•  Imagem da região polarSul c/ variedade de 
terreno, aparentando lagos congelados. Parte 
rosada é de nitrogênio líquido. Lago ~ 200 km 
de diâmetro, provável origem de erupção de 
lava. 
••••••••••••••••••••••••
Anéis de Urano e Netuno 
•  Assim como Saturno e Júpiter, Urano e Netuno também possuem 
sistemas de anéis. 
Anéis (e alguns satélites) de Urano 
observados pelo HST 
Anéis de Netuno observados 
pela Voyager 2 e uma 
concepção artística dos 
anéis. 
Cinturão de Kuiper 
•  Além da órbita de Netuno. 
•  Muito menor que a nuvem de Oort. 
Cinturão de Kuiper: objetos trans-netunianos e planetas 
anões 
Plutão 
Caronte 
Plutão e Caronte 
•  Plutão foi descoberto em 1930 por Clyde Tombaugh, foi classificado 
como planeta até 2006. 
•  Segundo maior planeta anão, com 5 
satélites conhecidos. O maior deles é 
Caronte, descoberto em 1978 por James 
Christy. Em relação a Plutão, Caronte é 
enorme. 
Imagem de 2006 
do HST 
Encontro marcado com Plutão! 
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Cinturão de asteróides 
•  Objetos principalmente entre 
Marte e Júpiter 
Marte�
Ceres�
Vesta�
Pala�
Asteroide significa “objeto 
com aparência estelar” 
(aster = estrela em Grego). 
Asteróides 
•  A maioria dos asteróides se encontram no cinturão entre Júpiter e Marte e 
no cinturão de Kuiper. 
•  Vários asteróides (84 conhecidos) têm satélites (ex. Ida e Dactyl). 
Ceres: planeta anão no cinturão de asteróides 
•  Sonda DAWN entrou em órbita de 
Ceres no dia 6/março/2015 . 
•  A sonda viajou 7 anos e meio e já 
orbitou o asteróide Vesta entre julho 
2011 e setembro 2012. 
•  Ponto brilhante no interior de uma 
cratera de 92 km de diâmetro de Ceres. 
•  Depósito de água? Sal? 
Ceres 
Vesta Imagens:JPL/NASA 
Cometas 
•  Cometas são “bolas” de gelo com poeira. 
–  muitas moléculas orgânicas. Em 2009 foi 
descoberto um aminoácido, glicina (C2H5NO2), 
no cometa Wild 2 pela sonda Stardust. 
•  A cauda dos cometas sempre apontam na 
direção oposta do Sol, resultado do vento solar. 
Cometa Halley visto da 
sonda Giotto em 1986 
Cometa Lulin. Foto de J. 
Schedler de 02/2009 
Cometa de Halley 
pintado por Giotto 
em 1302 
direçã
o do S
ol 
coma 
núcleo 
cauda 
Tapisserie de Bayeux, retratando a invasão 
normanda da Inglaterra em 1066 
Próxima 
passagem do 
Halley em 
2061. 
Cometas 
•  Cometas de curto período: órbitas 
elípticas; 
origem no cinturão de Kuiper. 
órbitas dos cometas com 
período superior a 200 
anos 
órbitas de cometas de 
período curto 
•  Cometas de longo período: 
órbitas parabólicas, origem na 
nuvem de Oort. 
Meteoróides consistem em restos de 
cometas ou fragmentos de asteróides, que 
podem colidir entre si ou com os planetas, 
satélites e asteróides. 
Quando um meteoróide entra na atmosfera 
terrestre gera um traço de luz no céu 
chamado meteoro. Se parte sobrevive e atinge 
o chão temos um meteorito. 
Meteorito do Museu Catavento, São Paulo 
Meteoro observado com a Via Láctea de fundo (2009) 
Foto:Tony Rowell / Astrophotostore.com 
1,2 km 
Diâmetro inicial 
do meteorito: 
50 m 
Impacto há 
50.000 anos 
•  Entre 5 e 300 toneladas de material atingem a atmosfera da Terra por ano. 
•  Cerca de 500 meteoritos chegam à superfície da Terra por ano. 
-  Estes valores são muito incertos. 
•  Taxa de impacto de asteróides: 
O Diário Oficial da Cidade 
publicou no dia 12/06/2007 
o Decreto nº 48.423, 
assinado pelo prefeito de 
São Paulo, que cria o Parque 
Natural Municipal da 
Cratera da Colônia. 
Localizado na Área de 
Proteção Ambiental (APA) 
Capivari-Monos, no 
extremo-sul do Município 
de São Paulo. 
Impacto há ~36 
milhões de anos 
Cratera de Colônia 
em São Paulo 
pr
óx
im
os
 e
nc
on
tro
s