5. El Sistema Solar. Introducción: Procesos físicos: Planetología: El Sol: Inventario Movimientos Tamaño Composición

Transcripción

1 Introducción: Inventario Movimientos Tamaño Composición Procesos físicos: Radiación y materia Calor interno Fuerzas de marea Planetología: Los planetas rocosos Los planetas jovianos (Plutón) Escombros planetarios El Sol: 5. El Sistema Solar Interior: el núcleo. Neutrinos solares Atmósfera Actividad solar

2 Índice Introducción Inventario Movimientos Tamaño Composición Procesos físicos Planetología El Sol

3 Inventario El Sistema Solar contiene: 1 estrella 8 (+1) planetas conocidos docenas de satélites un número enorme de objetos con tamaños diversos información muy importante sobre origen del Sistema Solar Planeta a (UA) M (M ) ( ) ρ/ρ agua Mercurio Venus Tierra Marte Júpiter Saturno Urano Neptuno Plutón Planetas rocosos Planetas jovianos Planeta?

4 Movimientos El movimiento de traslación de todos los planetas alrededor del Sol es en el sentido de giro antihorario El Sol y los planetas giran sobre sí mismos en el mismo sentido antihorario Excepciones: Venus y Urano Los planetas tienen órbitas ~coplanarias en el plano de la eclíptica Excepciones: Mercurio (y Plutón) Las órbitas planetarias son aproximadamente circulares, con excentricidades muy pequeñas Excepciones: Mercurio (y Plutón) Distancia regular entre las órbitas ley de Titius-Bode (s. XVIII): a (UA) = n, n=-,0,1,2,... Mayoría de satélites órbitas síncronas (P rot =P tras ) y en mismo plano fuerzas de marea

5 Tamaños Si 1UA=1m: Plutón: 40m Próxima Centauri: 270 km (>S-VA) Sol: Ø=9mm Tierra: Ø=0.085mm

6 Composición Típica del Universo H+He >99% átomos, resto metales Composición cuerpo determina muchas propiedades importantes: generación calor interno reflectividad luz solar... Compuestos más importantes: Fórmula Nombre Estado físico H 2 O Agua sólido, líquido y gas CO Monóxido de carbono gas CO 2 Dióxido de carbono sólido y gas CH 4 Metano sólido y gas N 2 Nitrógeno gas NH 3 Amoníaco sólido y gas SiO 2 Cuarzo sólido FeO Óxido de hierro sólido FeS Troilita sólido

7 Índice Introducción Procesos físicos: Radiación y materia Calor interno Fuerzas de marea Planetología El Sol

8 Radiación y materia Constante Solar: 1370 W/m 2 (F a 1 UA): determina T CN en Sistema Solar: T a -1/2 Objetos no CN: albedo A fracción luz reflejada polvo carbón A~0.03, roca A~ , hielo sucio A~0.5, hielo A~1 Planetas: entre Mercurio A~0.11 y Venus A~0.65 A> T<: menos energía de la que deshacerse Se puede calcular T incluyendo efecto A: Venus,Tierra >: efecto invernadero (dificultad radiar En.) Júpiter, Saturno, Neptuno >: energía interna

9 Efecto invernadero y cambios humanos Efecto invernadero: calentamiento porque atmósfera impide que IR escape al espacio más densa átm, mayor ef invernadero Tierra +14K Cambios naturales ~10 6 años Cambios humanos: CO 2 : +15% en último siglo sistema complejo: sup. mares átm no claro efecto total: calentamiento más nubes, más reflexión Sin atmósfera Con atmósfera Aerosoles: gotas y partículas suspendidas en átm aumentan albedo: compensan ef. invernadero? Clorofluorocarbonos (freón): destruyen O 3 destrucción depende zona y estación (mayor primavera Polo Sur) Aumenta el flujo UV: cáncer piel y daños cosechas

10 Calor interno Calentamiento radiactivo: isótopos radiactivos en su interior ahora sobre todo K, Th y U (T 1/2 >>) en el pasado quizá otros ( 26 Al?) (T 1/2 <<) Calentamiento por acreción: Planetas formados por acreción de fragmentos más pequeños E/M > cuando M> Si gradual quizá tiempo de escapar sin calentamiento Si rápida, calor atrapado en interior

11 Calor interno Calentamiento radiactivo: isótopos radiactivos en su interior ahora sobre todo K, Th y U (T 1/2 >>) en el pasado quizá otros ( 26 Al?) (T 1/2 <<) Calentamiento por acreción: Planetas formados por acreción de fragmentos más pequeños E/M > cuando M> Si gradual quizá tiempo de escapar sin calentamiento Si rápida, calor atrapado en interior

12 Mareas Fuerzas de marea: aceleraciones gravitatorias relativas de una parte de un cuerpo respecto a otra efecto neto es alargar el cuerpo en la dirección der Sistema Tierra-Luna: Océanos 15m: 2x día Sol: mareas vivas y muertas Mareas generan fricción: Rotación síncrona Distancia de Roche: distancia a la que fuerzas marea rompen satélite Material anillos < radio Roche: material anillos de satélite Anillos vida corta (~100 My): necesitan reponerse al mismo ritmo

13 Introducción Procesos físicos Planetología: Índice Los planetas rocosos: Mercurio Venus Tierra Marte Los planetas jovianos: Júpiter Saturno Urano Neptuno (Plutón) Escombros planetarios El Sol

14 Planetología (comparada) Estudio comparativo de la Tierra y los otros planetas Al principio más interés en diferencias Ahora suficiente información para estudiar propiedades en función de procesos comunes en condiciones distintas masa diámetro composición química distancia al Sol

15 Números Planeta a (UA) M (M ) ( ) ρ/ρ agua Mercurio Venus Tierra Marte Júpiter Saturno Urano Neptuno Plutón Planetas rocosos Planetas jovianos Planeta?

16 Tipos de planetas Planetas terrestres o rocosos: Mercurio, Venus, Tierra y Marte Corteza rocosa Densidad ~ 5 g cm -3 (hierro y silicatos) Atmósfera constituida después de la formación del planeta CO 2, H 2 O, N 2 (Tierra O 2 debido a actividad biológica) Planetas jovianos o gigantes: Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno Sin superficie sólida Densidad ~1 g cm -3 Atmósfera formada simultáneamente con el planeta H 2, He, NH 3 Bandas de nubes Sistemas de anillos Planetas enanos: Plutón Densidad ~2 g cm -3 (mezcla de rocas y hielo) Cinturón de Kuiper

17 Planetas rocosos

18 Planetas rocosos: evolución Impactos y decaimientos radiactivos calentaron los planetas hasta que: la mayor parte de Fe se asentó en el núcleo el material más rocoso y ligero flotó y formó la corteza Cuánto se ha enfriado cada planeta depende de su tamaño: los más pequeños (Mercurio,Luna) no act. volcánica en 3Gy Marte aún volcanes, pero muy localizados Tierra y Venus todavía actividad tectónica y volcánica Los más grandes retuvieron su atmósfera: Venus más cerca del Sol: efecto invernadero muy fuerte Marte más pequeño, no actividad tectónica: CO 2 atrapado en rocas y no efecto invernadero Tierra lo bastante lejos del Sol y lo bastante grande para tener agua líquida Colisiones: Sistema Tierra-Luna, rotación contraria de Venus, proporción Fe Mercurio

19 Planetas jovianos

20 Planetas jovianos Júpiter/Saturno: mayor tamaño, mayor proporción de H/He Urano/Neptuno: mayor proporción de roca (con respecto Júpiter y Saturno) Todos anillos: radio de Roche Muchos satélites: intrínsecos asteroides capturados

21 Descubrimiento de Urano y Neptuno Urano (W. Herschel, 13/03/1781): Estudio estrellas y encontró por casualidad Sin embargo, estudio cuidadoso posterior reveló extenso y movimiento rápido: Sistema Solar Cometa? Pero no cola: nuevo planeta Neptuno (U. Leverrier/J. Galle, 23/09/1846): Cálculos perturbaciones órbita Urano y observaciones Otros también (J.C. Adams/G. Airy) pero no observaron En realidad, cáculos basados en suposiciones incorrectas, estaba en la zona predicha por casualidad

22 Plutón y el planeta X Métodos de búsqueda de más planetas: Búsquedas: Fotografías de regiones del cielo en épocas distintas Comparándolas se detecta movimiento angular C. Tombaugh ( ): inspeccionaron estrellas No planeta Neptuno <200UA No planeta Plutón <40UA Detección gravitacional: Perturbaciones en órbitas de planetas conocidos Con medidas precisas de M con Voyager: no necesidad Más allá de Plutón: órbitas Voyager/Pioneer: sin evidencia Objetos Trans-Neptunianos (TNO): objetos nuevos con cierta frecuencia frontera con planetas desdibujada planetas enanos (IAU 2006)

23 Introducción Procesos físicos Planetología: Índice Los planetas rocosos: Mercurio Venus Tierra Marte Los planetas jovianos: Júpiter y Saturno Urano y Neptuno (Plutón) Escombros planetarios El Sol

24 Escombros Planetarios

25 Definiciones Meteoro: estela de luz brillante producida cuando un trozo de materia interplanetaria se mueve rápidamente por la atmósfera (~10 7 /día) Meteoroide: el trozo de materia interestelar mayor parte <1cm La parte del meteoroide que sobrevive el paso por la atmósfera se llama meteorito Tres tipos: rocosos (Si, 94%), ferrosos (Fe/Ni, 5%), intermedios (1%) Origen: solidificaron hace ~4.6Gy (decaimiento radiactivo) Muchos debieron formar parte cuerpo mayor (r. cósmicos) Ferrosos enfriamiento lento cuerpos fundidos y luego enfriados Algunos rocosos nunca calentados material original? Trayectoria atmósfera permite determinar órbita en algunos Elíptica con afelios entre Marte y Júpiter

26 Asteroides Gaspra Ida Dactyl Descubrimiento: objeto que se mueve sobre el fondo S. XIX: Ceres, Pallas, Juno, Vesta hasta 450 Ahora: órbita conocida, varios x avistados Mayor parte entre órbitas Marte y Júpiter (muy separados): Cinturón de asteroides ( UA): Ø 10km También: Troyanos, >Órbita Júpiter, NEO Muchos asteroides fragmentos de cuerpos mayores Espectro reflexión asteroides~meteoritos

27 Cometas Varias partes: Núcleo: hielo y polvo baja densidad Mayor parte órbita oscuro <2UA del Sol evaporan parte << Coma: esfera tenue polvo y gas ionizado Colas: apuntan al Sol Plasma: azul (CO) y derecha Polvo: blanco/amarilla y curva Tipos: periodo largo: >>200años Todas direcciones e inclinaciones Cuando P conocido: P>> y e>> Nube de Oort: esférica a>>plutón (N~10 12 ) Perturbaciones (,Gal) periodo corto: <200 años inclinaciones~eclíptica ~200 cometas: 30<a<50 UA Cinturón de Kuiper: aplanado (N~ ) Perturbaciones (planetas) Evolución: Pases sucesivos: evaporación, choques Asteroides >Júpiter? Polvo queda órbita lluvias de estrellas

28 Impactos En promedio, cráteres (Ø~ 10 meteor.): Ø 10km: cada años Ø 50km: cada años Ø100km: cada años Evidencia de impactos en el pasado Consecuencias de un impacto (Ø 1km): Vaporizar objeto y roca: bola de fuego Incendios. Onda de choque hasta >1000km Oscurecimiento luz solar durante meses o años N 2 forma compuestos: lluvia ácida Roca fundida bajo impacto Gotas de roca fundida >1000km Extinciones Cretácico (65My): >abundancia Ir (común meteoritos) cráter Ø180km Enterrado

29 Introducción Procesos físicos Planetología 4. El Sistema Solar El Sol: Interior: el núcleo. Atmósfera Actividad solar

30 El Sol