Sistema Solar. Gregorio José Molina Cuberos Depto. Física, Universidad Murcia

Transcripción

1 1 Sistema Solar Gregorio José Molina Cuberos Depto. Física, Universidad Murcia

2 2 Índice Propiedades generales del Sistema Solar Los grandes cuerpos: el sol y los planetas Las grandes lunas Cuerpos menores Asteroides Cometas

3 1 PROPIEDADES Sistema Solar El Sistema Solar en Números Una estrella, Sol Ocho planetas Unos cientos de satélites Centenares de miles de asteroides Millones ( de millones?) de cometas Propiedades Los grandes cuerpos en la eclíptica (Plutón no) Planetas y lunas giran en el mismo sentido (Tritón no) Eje de rotación paralelo al de traslación (Urano no) Velocidad de rotación en el mismo sentido que la traslación (Venus no) Satélites mucho menores que los planetas (Luna no) 3

4 1 PROPIEDADES 4 Más números... Planeta Diámetro Masa (Tierra=1) (Tierra=1) Mercurio Venus Tierra Marte [Asteroides] Júpiter Saturno Urano Neptuno Densidad media (gm/cm³) Periodo Orbital (Años) Distancia al Sol (Tierra=1) [media = 2.77]

5 1 PROPIEDADES 5 Dime de donde vienes y te diré cómo eres Envoltura de hidrógeno y helio Planetesimales de roca e hielo Protosol Planetesimales rocosos Línea helada El tamaño y composición de los planetas depende del lugar donde se formaron en la nebulosa solar. La temperatura disminuye con la distancia al del protosol. La línea azul muestra el límite de congelación del agua. La retención de hielo implica que los planetas cuenten con mayor masa => mayor gravedad => crecen más.

6 1 PROPIEDADES Los Planetas Terr. Jov. Masa y tamaño Baja Alta Densidad Alta Baja Superficie Sólida? Distancia al Sol Cerca Lejos Temperatura Alta Baja Satélites Pocos Muchos Anillos NO SI 6

7 1 PROPIEDADES Tipos de Atmósferas 7 Venus, atmósfera con efecto invernadero extremo (CO2, N2, SO2) Titán, único satélite con atmósfera densa y compleja (N2, CH4, Hidrocarburos) Júpiter, planeta gaseoso (H, He) Planeta gaseoso. Su alta gravedad ha retenido la atmósfera primigenia originada a partir de la nebulosa solar. El grado de evolución no se conoce completamente. Planeta terrestre. La atmósfera inicial ha sido perdida totalmente, su composición actual es el resultado de la evolución, actividad tectónica, material externo (cometas) y, en el caso terrestre, la vida.

8 1 PROPIEDADES El interior 8 La temperatura interna de un planeta posibilita, o no, la separación en capas, diferenciación Si la temperatura interna es lo suficientemente alta para fundir los elementos del interior se produce una separación, como el agua y el aceite. Los elementos planetarios en los que se separan son hierro y silicatos de roca. El hierro cae al centro del planeta y forma un núcleo. Planeta diferenciado: Tierra Atmósfera e hidrosfera Corteza (baja densidad, 6-35 km) Manto (dens. intermedia ~3000 km) Núcleo (dens. alta, ~3000km, ~28% masa) Capa externa líquida Capa interna sólida Planeta no diferenciado: Marte Mucho hierro en la superficie y en el manto Corteza gruesa (3 y 5 veces la terrestre) Núcleo pequeño, ~18% masa del planeta

9 9 Índice Propiedades generales del Sistema Solar Los grandes cuerpos: el sol y los planetas Las grandes lunas Cuerpos menores Asteroides Cometas

10 2 SOL Y PLANETAS El Sol 10 Eclipse Solar (Graz, Austria 11/08/1999) Corona Solar (SOHO 1995-?, ESA, NASA) Fuente de casi toda la energía en la Tierra, responsable de las estaciones, corrientes oceánicas y el clima. Obtiene su energía de convertir hidrógeno (75% en peso) en helio (25%) Tiene el 99.8% de la masa del sistema solar El interior alcanza una temperatura de 15.6 millones de grados y una presión de 256 mil millones de atmósferas Presenta una rotación diferencial 25.4 días en el ecuador y 36 días en los polos

11 2 SOL Y PLANETAS 11 Mercurio Bepi Colombo (2013, 2019-?) ESA-JAXA El planeta más cercano al Sol y difícil de observar a simple vista. Presenta un gran parecido a la Luna: superficie marcado por cráteres (muy antigua). No tiene atmósfera (baja gravedad) y gran contraste térmico día/noche. Alta densidad y fuerte campo magnético interno. Detalle de la superficie: Terreno Extraño

12 2 SOL Y PLANETAS 12 Venus Imagen de las nubes que cubren totalmente al planeta Detalle de la superficie (Venera, URSS) Imagen en falso color de la topografía (Magellan) Gemelo en tamaño y densidad a la Tierra Atmósfera muy densa con una espesa capa de nubes y temperatura superficial muy alta Fuerte erosión superficial y tectónica de placas, con volcanes activos. No tiene satélites naturales Monte Sifs (Magallanes, NASA)

13 2 SOL Y PLANETAS 13 Tierra Grandes contrastes en la superficie (agua, roca, nubes, hielo ) El planeta terrestre más grande y denso Atmósfera muy activa y condiciones del pto. triple del agua. Gran actividad geológica (tectónica de placas, volcanes, ) Único planeta en el que se ha encontrado vida Posee un satélite natural: Luna Foto desde satélite de una imagen muy conocida por todos Volcán Kliu

14 2 SOL Y PLANETAS 14 Marte Agua helada en el Polo Sur Planeta más visitado por misiones espaciales. Temperatura baja. y atmósfera muy tenue, con importantes fenómenos climáticos a escala global. Superficie moderna, pero geológicamente muerto. Sin campo magnético (actualmente). Lo orbitan dos satélites naturales y 3 artificiales Presenta huellas de un pasado mucho más cálido y húmedo. Nubes de agua, HST

15 2 SOL Y PLANETAS 15 Marte, un pasado húmedo La superficie de Marte abundan las huellas de un pasado mucho más cálido que el actual con abundante agua líquida Lagos y océanos Inundaciones debidas a volcanes Cañones de origen geológico modificados por el agua Sistema de valles y glaciares Trazas de agua líquida en la actualidad!! Imágenes tomadas 21 dic y agos./sep Detalle de Valle Marineris Detalle del Valle Marineris. Profund. 6 km

16 2 SOL Y PLANETAS Júpiter 16 Bandas y Zonas Galileo (NASA, ) Anillos (Voyager, NASA) Gran Mancha Roja Júpiter dobla en masa al resto de los planetas ( 300 Tierras!!) Emite más energía que la recibida por el Sol. Planeta gaseoso (90% H y 10% He en átomos), densidad ~1.3 H2O Periodo rotación ~ 10 horas, de traslación = 12 años. Presenta bandas, zonas y la GMR.

17 2 SOL Y PLANETAS 17 Saturno Saturno es el segundo planeta en tamaño (~95 Tierras) y el menos denso (flota en el agua) Periodo de rotación muy corto + ligero => achatado en los polos Tiene anillos visibles compuestos por granos de polvo e hielo. Tienen un grosor de unos kilómetros y tamaño de 250 mil kilómetros Aurora (HST)

18 Saturno 2 SOL Y PLANETAS Mimas 18

19 2 SOL Y PLANETAS Urano 19 Urano (HST) con sus anillos y la zona iluminada por el sol. Satélites mayores Urano (Voyager 2, 1986, NASA) Masa ~ 14.5 Tierras. Densidad similar a la de Júpiter. Aunque visible al ojo, fue descubierto por la cultura europea por Herschel Es el único planeta tumbado => estaciones extremas. La mitad del planeta no recibe luz solar durante la mitad del año de Urano (unos 40 terrestres). Su atmósfera es distinta a Júpiter y Saturno al contener agua, amoniaco y metano.

20 2 SOL Y PLANETAS 20 Neptuno Gran Mancha Azul (Voyager 2) Primer planeta descubierto matemáticamente Masa = 17 veces la terrestre, Periodo orbital= 163 años, periodo de rotación 16 horas Posee nubes altas de hielos de metano que le dan el color azul. La Gran Mancha Azul detectada por Voyager desapareció varios años después (HST) Tiene 13 lunas, la más masiva es Tritón.

21 2 SOL Y PLANETAS Interior de planetas gaseosos. Júpiter Hidrógeno metálico fluido Mimas Esquema del interior de Júpiter 21 La estructura de los planetas gigantes es distinta a la de los terrestres Júpiter está compuesto por H2 y He en estado líquidos. En el interior la presión es tan alta que el hidrógeno está en estado metálico, formando una red cristalina. En el centro podría haber un núcleo rocoso de características inciertas debido a su alta temperatura y presión. Los movimientos del interior de Júpiter contribuyen al desarrollo de una extensa y compleja magnetosfera. Júpiter emite más energía que la recibida del sol, el calor generado contribuye con los movimientos poco comunes de la atmósfera.

22 22 Índice Propiedades generales del Sistema Solar Los grandes cuerpos: el sol y los planetas Las grandes lunas Luna Satélites o Asteroides? Io, Europa, Ganímedes y Calisto Titán y Enceladus Tritón Cuerpos menores

23 3 LAS GRANDES LUNAS 23 La Luna Es el satélite más grande (relativo al planeta) del Sistema Solar (excepto Plutón/Caronte ) Tiene un núcleo muy pequeño formado por hierro La densidad es aproximadamente la misma que la del manto terrestre El oxígeno tiene la misma composición isotópica que la Tierra Su origen ha sido un gran dilema Tierra y Luna a escala

24 3 LAS GRANDES LUNAS Origen de la Luna 24 La Luna es un caso único en el Sistema Solar. Se formó debido al impacto de un planetesimal enorme, quizás del tamaño de Marte, con una Tierra todavía en proceso de formación La simulación muestra como tal impacto envió a la órbita terrestre la cantidad suficiente de material como para formar la Luna. Esta teoría explica la composición de nuestro satélite, muy parecida al del manto terrestre y la misma composición isotópica de oxigeno.

25 3 LAS GRANDES LUNAS 25 Detalle de la superficie (Apolo, NASA) Único astro visitado por el hombre, hasta la fecha. Dos tipos de superficie: antigua con numerosos cráteres y más moderna libre de ellos (mares) Rotación síncrona (siempre vemos la misma cara) debido a las fuerzas de marea del sistema Tierra/Luna. No tiene atmósfera, se ha encontrado hielo en los polos Imagen tomada por Apolo (NASA)

26 3 LAS GRANDES LUNAS Satélites o Asteroides? Muchas de las lunas que orbitan otros planetas son en realidad asteroides capturados. Un detalle que muestra claramente que es un asteroide capturado es su forma no esférica. Lunas de este tipo son Fobos y Deimos (Marte) y Nereida (Neptuno), que tiene la peculiaridad de girar en sentido contrario 26

27 3 LAS GRANDES LUNAS 27 Las Lunas de Júpiter Io Europa Ganímedes Calisto

28 3 LAS GRANDES LUNAS 28 Io Flujos de lava de sulfuro SO2 congelado Es la luna más interior y densa de Júpiter. Está compuesto de sulfuro, hierro y silicatos. Muy distinto al resto de los satélites helados de Júpiter El único satélite con vulcanismo activo, visible en la superficie. La energía la obtiene de las fuerzas de marea en su interior, creadas por el campo gravitatorio de Júpiter.

29 3 LAS GRANDES LUNAS Europa 29 Tamaño similar a la Luna, está totalmente cubierta de hielo, sin cráteres de impacto Presenta numerosas fracturas en el hielo lo que indica la presencia de agua líquida en su interior Detalle de la superficie (Galileo, NASA) El océano podría tener un espesor de hasta 100 km con un interior rocoso. Debe existir una fuente térmica. Agua líquida + roca + energía => vida?

30 3 LAS GRANDES LUNAS 30 Ganímedes Es el mayor satélite del sistema solar. Más grande que Mercurio, pero la mitad de la masa Compuesto básicamente por hielo y roca (dens. ~2) Sorprendentemente posee un campo magnético muy fuerte de origen incierto. Terreno acanalado con impactos posteriores a su formación. Las grietas se formaron hace unos 4 mil millones de años, en las etapas finales del gran bombardeo.

31 3 LAS GRANDES LUNAS 31 Calisto Detalles de la superficie Ganímedes presenta diferenciación, Calisto no. Calisto es el segundo satélite en tamaño de Júpiter y el más externo. Cubierto completamente de cráteres, una superficie muy antigua casi toda cubierta de hielo. No presenta efectos de la tectónica de placas. Ganímedes Calisto

32 3 LAS GRANDES LUNAS 32 Titán (Saturno) Fiordos en Titán (Cassini, NASA) Titán, el satélite mayor de Saturno, es el único con atmósfera. Se formó a la misma distancia de Saturno que Ganímedes de Júpiter o que Tritón de Neptuno. La posición de Saturno permitió la condensación del nitrógeno y su posterior evaporación lenta. Presenta una superficie sólida con indicios de cambios de fase Canales de drenaje Detalle de la superficie Superficie rocosa con hielos (Huygens, ESA, 2005)

33 3 LAS GRANDES LUNAS 33 Enceladus (Saturno) Géiser en el polo sur, (Cassini, NASA) La 6ª luna de Saturno, situada dentro de los anillos. Compuesta casi toda de hielo, con una superficie brillante como la nieve. Los polos son más cálidos, se piensa que hay agua líquida debajo de la superficie que brota entre las grietas originando géiseres. Algunos cráteres de impacto y una zona totalmente libre con rayas => movimientos en las placas de hielo Alto interés para la astrobiología y objetivo de la misión TANDEM (ESA)

34 3 LAS GRANDES LUNAS Tritón (Neptuno) Sentido orbital contrario al resto de los planetas y lunas. De tamaño comparable a Europa, sus propiedades físicas son similares a Plutón. Superficie con porciones muy antiguas (cráteres) y otras muy jóvenes => procesos activos internos. El interior podría ser lo suficientemente caliente para mantener un océano interno. Sin atmósfera, la temperatura es demasiado fría como para evaporar el nitrógeno (como en Titán). 34

35 35 Índice Propiedades generales del Sistema Solar Los grandes cuerpos: el sol y los planetas Las grandes lunas Cuerpos menores Asteroides Cometas Casi-Planetas

36 4 CUERPOS MENORES 36 Asteroides Deimos Son planetesimales situados en el sistema solar interno. Formados por roca y minerales, densidad alta. Se concentran entre las órbitas de Marte y Júpiter. Resultado de un planeta no nato debido a la acción de Júpiter. Gaspra Phobos El campo gravitatorio de Júpiter impidió el crecimiento de Marte como lo hicieron Venus y Tierra. Ocasionalmente Júpiter saca de su órbita a un asteroide Los asteroides tienen forma irregular. En esta imagen (NASA) se muestra Gaspra con las dos lunas de Marte (Fobos y Deimos). Eros (17x6.5km) Ceres r~475 km (HST, 2004)

37 4 CUERPOS MENORES 37 Distribución de Asteroides La distribución radial de asteroides no es continua, existen huecos debido a la presencia de Júpiter y otros planetas. Troyanos L4 Cadena Principal de Asteroides (blanco) Troyanos y Griegos (verde) situados en los puntos estables L4, y L5 L5 Troyanos

38 4 CUERPOS MENORES Asteroide: objeto rocoso y metálico que orbita al Sol. Es demasiado pequeño para ser considerado un planeta. El mayor de ellos es Vesta (526 km). Meteoroide: asteroide pequeño Meteoro: meteoroide que ha entrado en la atmósfera terrestre, normalmente se vaporiza debido al rozamiento (estrella fugaz) Meteorito: Meteoro que ha sobrevivido parcialmente al paso a través de la atmósfera y llega al suelo Cráter en Arizona (EEUU): 174 m de profundidad y 1250 de ancho formado por una roca de 40 m a 12 km/s 38 Vesta (HST)

39 4 CUERPOS MENORES 39 Cometas Núcleo y órbita de Halley West El núcleo está compuesto por hielo y roca El Sol evapora el hielo produciendo gases que reflejan la luz del sol, la coma o cola.. Un cometa tiene dos colas: Cola azul: debida al gas ionizado Cola amarilla: debida al polvo evaporado

40 4 CUERPOS MENORES 40 Cometas, la llave del Sistema Solar Los cometas son planetesimales de las partes lejanas del sistema solar Son remanentes del material con el que se formó el sistema solar (como los asteroides) Dada su lejanía al Sol han evolucionado menos que los asteroides Son fósiles que permiten conocer las condiciones de formación del Sistema Solar Rosseta (ESA) es la misión de estudio cometario más ambiciosa hasta la fecha. Consta de un orbitador y un lander para estudiar las características del cometa 67 P/ChuryumovGerasimenko Stardust (NASA) la primera misión para recolectar material cometario. de Wild 2 El análisis indica componentes más complejos de los predichos: Titanio, vanadio y Nitrógeno... de dónde vienen?

41 4 CUERPOS MENORES 41 Centauros Están situados entre Júpiter y Neptuno Presentan una órbita muy inestable, cruzando la de los planetas gaseosos Eventualmente caen al sistema solar interno formando cometas Algunos son capturados Phoebe por Saturno? Distribución y tamaño de Centauros Chariklo (1997) el centauro más grande junto a Plutón y Luna

42 4 CUERPOS MENORES 42 Transneptunianos. Objetos más allá de Neptuno El Cinturón de Kuiper: Plutón Mas allá de la órbita de Neptuno, hay una gran cantidad de objetos. Tardan cientos de años en dar la vuelta al Sol Su velocidad es muy baja y son muy difíciles de detectar. Distancia UA Disco Disperso: Sedna Son objetos expulsados hacia el exterior del Sistema Solar por la acción gravitaria de los planetas gaseosos. Nube de Oort Esfera en los límites del sistema solar Centauros y Transneptunianos

43 4 CUERPOS MENORES 43 El transneptuniano más famoso: Plutón Plutón desde Tierra y desde el espacio Plutón: Radio = 1145 km Masa = Tierra Densidad = 2.1 agua Caronte: radio = 600 km masa= Plutón

44 4 CUERPOS MENORES Transneptunianos El más grande, periodo ~560 años R~2400±100 km periodo ~11 000años R~ km Imágenes artísticas de Transneptunianos y su tamaño relativo con la Tierra Desde 1992 se han encontrado más de 1000 objetos con diferentes formas, tamaño y superficie. Su órbita está afectada por la presencia de los planetas gigantes. Discrepancias (erróneas) en la órbita de Neptuno llevaron al descubrimiento de Plutón (1930) 44

45 4 CUERPOS MENORES Dónde está Sedna? 45

46 4 CUERPOS MENORES Dónde está Sedna? 46

47 4 CUERPOS MENORES Dónde está Sedna? 47

48 4 CUERPOS MENORES Dónde está Sedna? 48

49 4 CUERPOS MENORES 49 Los confines del Sistema Solar. La Nube de Oort Urano Plutón UA La Nube de Oort Visión artística de los objetos de la Nube de Oort Õpik (1932) postuló su existencia y unos años después Oort (1950) Origen: remanentes de la formación del Sistema Solar, se formaron mucho más cerca del Sol. Fueron expulsados y ahora forman una gigantesca esfera alrededor del sistema solar, a ~1 año luz Es una fuente de cometas (Halley)

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51 51 Para saber más: Vistas del Sistema Solar, Ventanas al Universo SolStation.com Wikipedia, The Nine Planets Solar System Tour Agencia Espacial Norteamericana, NASA, Agencia Espacial Europea ESA, Telescopio Espacial Huble, HST