5. El Sistema Solar• 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:– Interior: el núcleo. Neutrinos solares

– Atmósfera– Actividad solar

Índice

• Introducción– Inventario– Movimientos– Tamaño– Composición

• Procesos físicos• Planetología• El Sol

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/ρagua

Mercurio 0.39 0.055 0.38 5.4Venus 0.72 0.82 0.95 5.2Tierra 1.00 1.00 1.00 5.5Marte 1.52 0.11 0.53 3.9Júpiter 5.20 318.00 11.20 1.3Saturno 9.50 95.00 9.50 0.7Urano 19.20 14.50 4.00 1.3Neptuno 30.10 17.10 3.80 1.6Plutón 39.50 0.0026 0.18 2.0

Planetas rocosos

Planetas jovianos

Planeta?

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) =0.4+0.3×2n , n=-∞,0,1,2,...

• Mayoría de satélites órbitas síncronas (Prot=P

tras) y en mismo plano

– fuerzas de marea

Tamaños

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

Composición

• Compuestos más importantes:Fórmula Nombre Estado físicoH2O Agua sólido, líquido y gasCO Monóxido de carbono gasCO2 Dióxido de carbono sólido y gasCH4 Metano sólido y gasN2 Nitrógeno gasNH3 Amoníaco sólido y gasSiO2 Cuarzo sólidoFeO Óxido de hierro sólidoFeS Troilita sólido

• Típica del Universo• H+He >99% átomos, resto “metales”• Composición cuerpo determina muchas

propiedades importantes:– generación calor interno– reflectividad luz solar...

Índice

• Introducción• Procesos físicos:

– Radiación y materia– Calor interno– Fuerzas de marea

• Planetología• El Sol

Radiación y materia

• Constante Solar: 1370 W/m2 (F�

a 1 UA):– determina T

CNen Sistema Solar: T ∝ a-1/2

• Objetos no CN: albedo A fracción luz reflejada– polvo carbón A~0.03, roca A~0.1-0.3, 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

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 ~106 años• Cambios humanos:

– CO2: +15% en último siglo• sistema complejo: sup.↔mares↔átm• no claro efecto total:

– calentamiento más nubes, más reflexión

– Aerosoles: gotas y partículas suspendidas en átm• aumentan albedo: compensan ef. invernadero?

– Clorofluorocarbonos (freón): destruyen O3

• destrucción depende zona y estación (mayor primavera Polo Sur)

• Aumenta el flujo UV: cáncer piel y daños cosechas

Sin atmósfera

Con atmósfera

Calor interno

• Calentamiento radiactivo: isótopos radiactivos en su interior– ahora sobre todo K, Th y U (T

1/2>>)

– en el pasado quizá otros (26Al?) (T1/2<<)

• 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

Calor interno

• Calentamiento radiactivo: isótopos radiactivos en su interior– ahora sobre todo K, Th y U (T

1/2>>)

– en el pasado quizá otros (26Al?) (T1/2<<)

• 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

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 de r

• 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

Índice• Introducción• Procesos físicos• Planetología:

– Los planetas rocosos:• Mercurio

• Venus

• Tierra• Marte

– Los planetas jovianos:• Júpiter

• Saturno

• Urano• Neptuno

– (Plutón)– Escombros planetarios

• El Sol

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

Números

Planeta a (UA) M (M⊕) ∅ (∅⊕) ρ/ρagua

Mercurio 0.39 0.055 0.38 5.4Venus 0.72 0.82 0.95 5.2Tierra 1.00 1.00 1.00 5.5Marte 1.52 0.11 0.53 3.9Júpiter 5.20 318.00 11.20 1.3Saturno 9.50 95.00 9.50 0.7Urano 19.20 14.50 4.00 1.3Neptuno 30.10 17.10 3.80 1.6Plutón 39.50 0.0026 0.18 2.0

Planetas rocosos

Planetas jovianos

Planeta?

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

• CO2, H2O, N2 (Tierra O2 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• H2, He, NH3

• Bandas de nubes

– Sistemas de anillos

• Planetas enanos: Plutón… – Densidad ~2 g cm-3 (mezcla de rocas y hielo)– Cinturón de Kuiper

Planetas rocosos

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: CO2 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

Planetas jovianos

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

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

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 (1930-45): inspeccionaron 30×106 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)

Índice

• Introducción• Procesos físicos• Planetología:

– Los planetas rocosos:• Mercurio

• Venus• Tierra

• Marte

– Los planetas jovianos:• Júpiter y Saturno

• Urano y Neptuno

– (Plutón)– Escombros planetarios

• El Sol

Escombros Planetarios

Definiciones

• Meteoro: estela de luz brillante producida cuando un trozo de materia interplanetaria se mueve rápidamente por la atmósfera (~107/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

Asteroides

• Descubrimiento: objeto que se mueve sobre el fondo– S. XIX: Ceres, Pallas, Juno, Vesta… hasta 450– Ahora: 50 000 órbita conocida, varios x 100 000 avistados

• Mayor parte entre órbitas Marte y Júpiter (muy separados):– Cinturón de asteroides (2.1-3.3 UA): Ø≥10km– También: Troyanos, >Órbita Júpiter, NEO…

• Muchos asteroides fragmentos de cuerpos mayores• Espectro reflexión asteroides~meteoritos

Gaspra Ida

Dactyl

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~1012)• Perturbaciones (�,Gal)

– periodo corto: <200 años• inclinaciones~eclíptica• ~200 cometas: 30<a<50 UA• Cinturón de Kuiper: aplanado (N~105-6)• Perturbaciones (planetas)

• Evolución:– Pases sucesivos: evaporación, choques⇒ Asteroides >Júpiter?– Polvo queda órbita ⇒ “lluvias de estrellas”

Impactos

• En promedio, cráteres (Ø~×10 meteor.):– Ø 10km: cada 100 000 años– Ø 50km: cada 5 000 000 años– Ø100km: cada 50 000 000 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• N2 forma compuestos: lluvia ácida

– Roca fundida bajo impacto• Gotas de roca fundida >1000km

• Extinciones Cretácico (65My):– >abundancia Ir (común meteoritos) – cráter Ø180km– Enterrado

4. El Sistema Solar• Introducción• Procesos físicos• Planetología

• El Sol:– Interior: el núcleo.– Atmósfera– Actividad solar

El Sol