Historia del Descubrimiento de los Planetas

Transcripción

1 Temario Historia del Descubrimiento de los Planetas Origen y Evolución n del Sistema Solar La Definición n de Planeta adoptada por la UAI Quiénes son los Enanos del Sistema Solar Cuántos planetas hay alrededor del Sol Dr. Gonzalo Tancredi Facultad de Ciencias Los planetas de la Antigüedad (visibles a simple vista) Historia del Descubrimiento de los Planetas Mercurio Venus Marte Júpiter Saturno + Tierra Visibles solamente al atardecer o amanecer La alineación planetaria de Mayo 1766 Titius 1772 Bode a = x 2 n a semieje mayor n índice del planeta La ley de Titius-Bode Ley empírica Planeta Mercurio Venus Tierra Marte Júpiter Saturno Ley empírica sin base física f n Ley Titius- Bode Semieje Mayor Urano: Primer descubrimiento telescópico Urano: William Herschel (Nacido en Alemania pero trabajando en Inglaterra) Recibió por su descubrimiento una pensión de 200 libras al año y el título de Caballero. 13 Marzo de 1781 Distancia media al Sol: 19 UA 1

2 El descubrimiento de Ceres (1) 1 Enero de 1801 por el monje Giuseppe Piazzi (Palermo, Italia) Distancia media al Sol: 2.8 UA Confirmación n de ley de Titius-Bode El planeta faltante Planeta Mercurio Venus Tierra Marte Ceres Júpiter Saturno Urano n Ley Titius- Bode Semieje Mayor Los convidados de piedra W. Olbers descubre 28-Marzo-1802 a Pallas (2) y 29-Marzo-1807 a Vesta (4) K. Harding descubre 1-Setiembre-1804 a Juno (3) Asteroide Ceres (1) Pallas (2) Juno (3) Vesta (4) Semieje mayor (UA) Magnitud Ceres deja de ser llamado planeta y se le denomina junto al resto de estos objetos como planeta menor o asteroide. J. Adams (Inglaterra) El descubrimiento teórico de Neptuno U. Leverrier (Francia) 31/8/ Leverrier predice la posición de Neptuno basado en las perturbaciones sobre Urano. 23/9/ Galle lo descubre a menos de 1 de la posición predicha por Leverrier J. Galle (Alemania) El tortuoso camino de Plutón Las predicciones de P. Lowell (~1900) (Flagstaff, Az,, EEUU) El descubrimiento Los canales marcianos y las discrepancias de Neptuno. C. Tombaugh descubre Plutón el 18 de Febrero, 1930, desde Obs. Lowell (EEUU). El nombre fue sugerido por V. Burney, niña inglesa de 11 años. 2

3 Fue Primero el planeta o el perro Primera aparición del perro (un par) en The Chain Gang (5/9/1930) como sabuesos del malo Pete que persiguen a Mickey. Recibe su nombre en 1931 como perro compañero de Mickey. La desilusión n inicial Distancia media al Sol 39.4 (correspondía a con ley de Titius-Bode) Inclinación n del plano orbital alta (17 ) ) y órbita muy alargada (excentricidad 0.25, cruza la órbita de Neptuno) Plutón n era mas chico que la Tierra. Si bien la ubicación n de Plutón n en el momento del descubrimiento era cercana a la estimada por P. Lowell,, su masa era insuficiente para perturbar a Neptuno. La decreciente Masa de Plutón Año 1950s 1975s 1980s Masa (M( tierra ) El descubrimiento del satélite Caronte El sistema Plutón-Caronte total sincronismo de revolución Plutón Caronte Diámetro Masa (kg( kg) (km) x x10 21 J. Christy (EEUU) descubre en placas fotográficas un abultamiento de Plutón (Julio 1978 ) El sistema Plutón- Caronte visto por el Telescopio Espacial Hubble Representación de cómo se vería Panorama del Sistema Solar a finales de los 80s Quién integra el Sistema Solar El Sistema Solar hasta el 2006 Sol: % de la masa Planetas: 0.14 % (Júpiter 0.1%) Planetas: terrestres gigantes o jovianos Satélites de los planetas: regulares irregulares Pequeños cuerpos: asteroides cometas Polvo interplanetario Gas interplanetario o viento solar 3

4 Algunos datos de los planetas Planeta Distancia Radio Masa Rotación # Inclin. Excent. Densidad (AU) (Tierras) (Tierras) (Tierras) Satél. Orbital Orbital (gr/cm3) Sol * Mercurio Venus Tierra Marte Júpiter > Saturno > Urano > Neptuno > Plutón Los tamaños relativos El tamaño o del Sistema Solar Experiencia de distancias y tamaños relativos Distanc. (m) Diámet. (mm) Sol Mercu. Venus Tierra Marte Júpit. Satur. Urano Neptu Usar elementos como una pelota de ping-pong para el Sol; porotos, granos de arena, azúcar o harina para los planetas La región transneptuniana Existencia de una región de objetos pequeños y helados mas allá de Neptuno (Edgeworth, Kuiper, Fernández) 30 Agosto 1992, D. Jewitt y J. Luu (Hawaii) descubre el primer (tercer) objeto UB313 (el tiro de gracia ) Descubierto por M. Brown y col. () Antes Xena ahora Eris (Discordia) Tamaño superior a Plutón (Diam= 2400 km) pero en órbita muy excéntrica e inclinada 4

5 Panorama del Sistema Solar exterior en el presente (~ 1000 TNOs) El Sistema Solar en la Galaxia Los límites l del Sistema Solar M31 - Galaxia de Andrómeda 2.3 millones de años luz La Vía Láctea desde la posición del Sol Características Generales Origen y Evolución n del Sistema Solar Movimiento controlado por gravedad Cada planeta está aislado en el espacio, con distancias cada vez mayores entre sí a medida que nos alejamos del Sol. Planetas en órbitas coplanares, cuasi-circulares y traslación en mismo sentido de rotación del Sol Satélites que en su mayoría rotan en la misma dirección que sus planetas Sol concentra la masa del sistema Júpiter concentra la masa de los planetas Clasificación de planetas en terrestres rocosos - interiores jovianos - gaseosos - exteriores Características particulares de asteroides y cometas. Los meteoritos mas viejos tienen una edad de ~4500 millones de años 5

6 Cómo nacen las estrellas Por el colapso de una porción n de una nube interestelar. Por qué colapsa Gravedad vs. energía a cinética (SN, ondas de presión n de estrellas O B) E g = - f. GM 2 / R, para densidades uniformes f=3/5, si hay cierto grado de concentración n f=1 Suponiendo N partículas que forman la nube con m la masa molecular media M = N.m E k (energía a cinética) = 3/2 N.k.T = 3/2. M/m. k.t Para el colapso gravitacional E g > E k (condición n de colapso) Si introducimos el concepto de densidad media (D)( M= 4/3. B.. R 3. D Imponiendo la condición n de colapso D=3/(4. B.M 2 ). (3.k.T / 2.G.m) 3 (densidad crítica de Jeans, se puede despejar la masa) Cómo nacen las estrellas (Fase I) Utilizando el criterio de Jeans el colapso gravitatorio se da para 100 masas solares, lo cual es mucho para una sola estrella. Conclusión: n: las estrellas se forman en grupos. De la nube primordial se forman decenaso cientos de estrellas Tiempo del proceso: algunos millones de años Las protoestrellas no son tranquilas Cómo se formó el Sol A partir de una nube de gas y polvo (nebulosa primitiva) que al girar se fue aplanando hasta tener forma de disco. En el centro se formó el Sol y como subproducto los planetas. a) Imagen en radio del flujo bipolar mas extenso conocido (10000 UA) Regiones de formación n planetaria Nebulosa de Orión (cerca de las 3 Marías) Discos protoplanetarios 6

7 Discos Detección n de discos por exceso IR El exceso de emisión comparado con la curva de Planck de un cuerpo negro disminuye a medida que la estrella queda sola b) Discos con envoltura: la envoltura reemite la radiación del disco y la estrella en longitudes de onda mas larga. c) Objetos con envoltura extendida, sistemas muy jóvenes donde todavía hay gas de la nebulosa primordial. d) Objetos casi en la Secuencia Principal, leve exceso infrarrojo. e) Estrella limpia de remanentes Formación n planetaria Mecanismo: acreción Tres etapas: 1. Los granos de polvo en la nebulosa primitiva forman núcleos de condensación, n, donde se comienza a acumular material ( small( clumps ) 2. A medida que esos cúmulos c van creciendo, su masa aumenta y su área superficial también, entonces el proceso se acelera. Se forman millones de objetos del tamaño o de pequeñas lunas: planetesimales. 3. Los planetesimales chocan y se mantienen unidos (merging)) barriendo el material a su alrededor por atracción n y quedan unos pocos protoplanetas. a) y b) la nebulosa solar se contrae y aplana hasta formar un disco en rotación. c) los granos de polvo forman estructuras que chocan entre si y permanecen juntas, aumentando de tamaño y formando objetos llamados planetesimales. e) los planetesimales continúan chocando y creciendo de tamaño. f) luego de cientos de millones de años se forman los planetas en órbitas circulares. Formación n planetaria (continuación) n) Cómo influyó la temperatura Los planetas gigantes se formaron por el mismo proceso Muchos de los satélites regulares constituyen en su formación sistemas solares en miniatura a partir del gas que rodeaba os planetas exteriores 7

8 Los planetas gigantes Dependiendo de la temperatura se formaron diferentes materiales que luego serían los que constituirían los planetas: A la distancia de Mercurio solamente se formaron granos metálicos A 1 UA ya se puede considerar granos rocosos, silicatos Entre 4 y 5 UA se congela el agua: Línea de nieve Cuando el núcleo n rocoso alcanzó masa suficiente comenzó a capturar el H y He que lo rodeaba. En ~ un millón n de años a Júpiter estaba formado. De acuerdo al modelo estándar los planetas gigantes se forman lejos de la estrella ( y( y en otros sistemas planetarios) La eficiencia para capturar gas Al poder acretar hielo, los planetas gigantes aumentaron rápidamente su masa y por lo tanto su atracción n gravitatoria, lo que hace que algunos autores hablen de una formación directa,, sin pasar por todas las etapas de acreción. Fueron sumamente eficientes en la captura del gas lo que explica su gran masa, tamaño, baja densidad y composición. El crecimiento rápido r de Júpiter J evitó la formación n de planetesimales grandes en la zona de Marte y del cinturón n de asteroides mediante la perturbación n gravitatoria de planetesimales cercanos. Limpieza de remanentes!!! Los planetesimales perturbados por Júpiter J penetraron la zona de los asteroides produciendo perturbaciones e incluso colisiones con los asteroides. La limpieza de remanentes El bombardeo tardío hace 4 mil millones de años La Luna es un buen indicador de la tasa de impactos en la Tierra a lo largo del tiempo por la ausencia de atmósfera. Fuentes de proyectiles: restos de acreción (R) limpieza de remanentes (-3800( Myr) ( La Luna y la vida) cinturón n de asteroides (interno) (R) cinturón n de asteroides (externo) (H) Región n Júpiter J - Urano (Barrera JúpiterJ piter-saturno) (H) Cinturón transneptuniano - Nube de Oort (H) Tres etapas de la formación Planetesimales objetos de hasta unos ~100 km de diámetro de formas irregulares Embriones planetarios objetos de algunos cientos de km que conviven en su zona con objetos similares Proto-planetas y planetas lograron limpiar los remanentes de la formación n en su zona de influencia gravitacional 8

9 Crónica de una muerte anunciada Es Pluto un planeta Que pasó en la UAI Lo previo a Praga El porqué: Se descubrió el décimo d planeta X Es Plutón n un planeta Son planetas lo que se descubre entorno a otras estrellas Comité cerrado de especialistas discute durante dos años a sin llegar a acuerdo. El Comité Ejecutivo crea una Comisión n que elabora una propuesta, la que luego es avalada por el CE y propuesta a la Asamblea. La propuesta inicial del 16/8 (por lo menos 12 planetas) Criterio único: Tener masa suficiente para que la fuerza de gravedad supera las rigidez del material y adopte por estar en equilibrio hidrostático tico una forma cuasi-esf esférica. Resumen: Que sean redondos Complicada discusión n en el caso de sistemas binarios (Plutón-Caronte Caronte,, Tierra-Luna) El Sistema Solar de los 12 planetas Los nuevos planetas según n la propuesta 9

10 Cuál l era el límite l inferior Los satélites helados El límite para los helados Miranda km Mimas km Enceladus km Proteus km Hyperion km Hyperion km Los satélites < 400 km Phoebe 230 x 220 x 210 km Mimas Satélite de Saturno (D~400 km) Amalthea km Janus km La nueva lista de planetas de acuerdo a la propuesta de definición del EC according to the EC proposal Name a (AU) ~ Size (km) Name a (AU) ~ Size (km) Name a (AU) ~ Size (km) Mercury ,880 Pluto CN Venus ,100 Ixion WH Earth ,700 Huya FY Mars RN PR Ceres SM MW Jupiter ,800 MS CY Saturn , SB KW Uranus , GV AW Neptune ,200 UX WC TY Varuna QX KX TX FY XV TO UR VS OP TC TC EL DE QF Quaoar XR Orcus QW YW AZ CD UB CS RM From M. Brown webpage Sedna From M. Brown webpage 10

11 Grandes objetos del cinturón n de asteroides y TNOs Buscando consensos hacia una propuesta alternativa (17-18/8) 18/8) Escribo una propuesta alternativa que discuto con Julio Fernández. ndez. Se introduce un nuevo criterio más m s exigente: Un planeta debe ser por lejos el mayor objeto de su población n local. Si no cumple esa condición, n, pero es redondo, se le denomina planetoide. Junto con los brasileros salimos a juntar firmas en adhesión n a nuestra propuesta. Se adhieren con leves cambios varios europeos y americanos. Nótese el salto entre las masas de los planetas terrestres (rocosos) y los principales asteroides, así como el salto entre los planetas gigantes (gaseosos) y los objetos transneptunianos (helados). La distribución n de masas Un problema de clasificación Propuesta del EC Nuestra Propuesta Clásicos Planetas Sistema Solar Enanos Sistema Solar Cuerpos menores Planetas Planetas Enanos Cuerpos menores Propuesta del EC Una categoría a de planetas con inicialmente 12 objetos y quizás s mas de cien planetas en los próximos años. Plutón n es un planeta Consecuencias Nuestra Propuesta 8 planetas Un número n creciente de planetas enanos. Plutón no es un planeta Los tortuosos pasos hasta la resolución n final Se dan una serie de reuniones de discusión en la que la propuesta del EC es rechazada y nuestra propuesta logra amplias mayorías. as. Nos convocan a redactar la nueva propuesta. La nueva propuesta logra amplio consenso en reunión n no resolutiva. Pero aquí no termina la historia.. 11

12 La Asamblea General del 24/8 Primera resolución: 3 categorías as de objetos de acuerdo a la propuesta acordada. Obtiene la cuasi-unanimidad unanimidad de los votos. Segunda resolución: Intenta introducir una enmienda con la que se volvía a al gran paraguas del concepto planeta Sale rechazada por ¼ a ¾. La Resolución n adoptada por la UAI La UAI resuelve que los planetas y otros objetos de nuestro Sistema Solar, con la excepción de los satélites, son definidos en tres distintas categorías de la siguiente manera: (1) Un planeta 1 es un cuerpo celeste que (a) está en órbita alrededor del Sol, (b) tiene una masa suficiente para que su autogravedad supere las fuerzas de rigidez del cuerpo, adquiriendo una forma por equilibrio hidrostático (cuasiredondo), (c) haya limpiado la vecindad entorno de su órbita. (2) Un planeta enano es un cuerpo celeste que (a) está en órbita alrededor del Sol, (b) tiene una masa suficiente para que su autogravedad supere las fuerzas de rigidez del cuerpo, adquiriendo una forma por equilibrio hidrostático (cuasi-redondo) 2, (c) no haya limpiado la vecindad entorno de su órbita, y (d) no es un satélite. (3) Todo el resto de los objetos 3, excepto los satélites, que orbitan el Sol deberían ser denominados colectivamente como Cuerpos Menores del Sistema Solar". 1 Los 8 planetas son: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. 2 La UAI establecerá un procedimiento para asignar objetos en la categoría de planeta enano u otras categorías. 3 Esta categoría incluye la mayor parte de los asteroides, la mayor parte de los Objetos Trans-Neptunianos (TNOs), cometas, y otros cuerpos pequeños. 3 conceptos equivalentes El Sistema Solar a partir del 2006 Un planeta es: por lejos el mayor objeto en su vecindad es el objeto gravitacionalmente dominante en su zona de influencia ha logrado limpiar de remanentes la vecindad de su órbita ver Stern & Levison Basri & Brown Sother Levison (Highlights,, ) Brown (AREPS, 2006,34, 193) Sother (2006, AJ,132:2513) Novedades posteriores Plutón n es incorporado en los catálogos de cuerpos menores. Se le asigna el número n A UB313 se le asigna el nombre Eris (Discordia) y el número n La resolución n es adoptada mundialmente, pese al rechazo de un reducido grupo de astrónomos norteamericanos. Quiénes son los Enanos del Sistema Solar con la colaboración n de S. Favre 12

13 Qué nos dice la teoría Figuras de equilibrio para fluidos incompresibles Esfera Elipsoide triaxial oblato de Maclaurin Jacobi en en sin rotación rotación Y Y en el caso de cuerpos sólidos s La transición n entre figuras de equilibrio y aquellas dominadas por la resistencia del material, se da cuando para una altura h sobre la superficie, el esfuerzo de deformación n se ve superado por el esfuerzo gravitacional local. S ρ g h 2 4π G ρ R h / 3 S resistencia del material ; ρ - densidad ; g gravedad superficial ; R radio del objeto ; G cte.. de la Grav.. Universal Definimos un objeto redondo como aquel para el cual h<r/10, por tanto 1/ 2 15 S R cr = 2 2π G ρ Qué nos dice la observación n El límite l para los rocosos Modelo 2 Pallas km 1 Ceres 975x km 4 Vesta km 13

14 El sistema Plutón-Caronte La curva de luz de un elipsoide triaxial Plutón Caronte Diámetro (km) Masa (kg( kg) 1.27x x10 21 Representación de cómo se vería Algunos ejemplos de curvas de luz de TNOs Sedna Orcus Quaoar EL61 Criterios y número n de planetas enanos Lista de enanos rocosos Para objetos rocosos el límite l Diámetro > 600 km Para objetos helados el límite l Diámetro > 400 km Nombre Tamaño axbxc (km) Enano Enano rocoso 1 Ceres (1) Ceres (2) Pallas 975 x 975 x x 526 x 501 No Enanos helados 39 candidatos 12 seguros (incluyendo Plutón n y Eris) 5 posibles 3 descartados 19 inciertos (4) Vesta 567 x 539 x 428 No 14

15 Número Nombre Eris Lista de enanos helados Designación UB313 D (km) 2490 Enano Número Nombre Designación TC36 D (km) 622 Enano Lista de Planetas Enanos Pluto VS2 * 607 No Sedna VB12 * UR163 * FY Varuna 2000 WR Orcus Quaoar DW EL61 LM60 UX25 MW12 MS4 QH181 AW197 RN43 AZ84 TC302 RR43 GV9 TL66 OP32 * * 801 * 730 * 730 * * 697 * 697 * 697 * 666 * * 636 No Huya Ixion QW90 SB60 KX14 RM43 TY364 XR190 UX10 PR107 KW14 EB173 TB190 DE9 QF298 KX76 TX300 * 554 * 554 * 554 * 554 * 529 * 529 * 505 * 505 * * 482 * 482 * Caso I Medida directa de su forma (3) Caso II Esfera o elipsoide de MacLaurin con algunas manchas de albedo (8 + 5) Caso III Elipoide de Jacobi de densidad aceptable (2) (136199) Eris, (134340) Pluto, (1) Ceres (90377) Sedna, (90482) Orcus, (50000) Quaoar, (55565), AZ84, (15874), (47171), (42301), (38628) Huya, (26375), 2001QF298, (28978) Ixion, (55636) (136108), (20000) Varuna SM55 * 461 No Conclusiones 8 planetas, varios planetas enanos y millones de cuerpos menores (asteroides y cometas) Menos planetas para recordar pero un Sistema Solar mas rico en categorías as de objetos a estudiar. Una definición n histórica con repercusiones en el ámbito educativo y cultural. Una lección n de democracia. Presentación n disponible en :// 15