Astronomia

Objetivos

no final desta seção, você será capaz de:

  • Descrever os traços do centaur objetos
  • Crônica a descoberta e descrever a composição da nuvem de Oort
  • Descrever trans-Netunianos e Kuiper-cinto de objetos
  • Explicar a proposta destino dos cometas que entram para o interior do sistema solar

Os cometas percebemos quando eles chegam perto de Terra (especialmente com aqueles que pela primeira vez) são provavelmente o mais primitivo objetos podemos estudar, mantido inalterado por bilhões de anos em congelamento profundo do sistema solar exterior. No entanto, os astrônomos descobriram muitos outros objetos que orbitam o sol além dos planetas.

Centauros

Figura 1: órbita de Chiron. Quíron orbita o sol a cada 50 anos, com sua abordagem mais próxima dentro da órbita de Saturno e sua abordagem mais distante para a órbita de Urano.

no sistema solar externo, onde a maioria dos objetos contém grandes quantidades de gelo de água, a distinção entre asteróides e cometas se decompõe. Os astrônomos inicialmente ainda usavam o nome de “asteróides” para novos objetos descobertos ao redor do sol com órbitas que os transportam muito além de Júpiter. O primeiro desses objetos é Quíron, encontrado em 1977 em um caminho que o transporta de dentro da órbita de Saturno em sua aproximação mais próxima ao sol até quase a distância de Urano (Figura 1). O diâmetro do Quíron é estimado em cerca de 200 quilômetros, muito maior do que qualquer cometa conhecido.Em 1992, um objeto ainda mais distante chamado Pholus foi descoberto com uma órbita que leva 33 UA do sol, além da órbita de Netuno. Pholus tem a superfície mais vermelha de qualquer objeto no sistema solar, indicando uma composição de superfície estranha (e ainda desconhecida). À medida que mais objetos são descobertos nesses confins distantes, os astrônomos decidiram que receberão os nomes dos centauros da Mitologia clássica; isso ocorre porque os centauros eram meio humanos, meio cavalo, e esses novos objetos exibem algumas das propriedades de asteróides e cometas.Além da órbita de Netuno está um reino frio e escuro povoado por objetos chamados simplesmente objetos transnetunianos (TNOS). O primeiro descoberto, e mais conhecido, desses TNOs é o planeta anão Plutão. Discutimos Plutão e a espaçonave New Horizons se encontram com ele em anéis, luas e Plutão. O segundo TNO foi descoberto em 1992, e agora mais de mil são conhecidos, a maioria deles menores que Plutão.

os maiores em homenagem a Plutão—chamados Eris, Makemake e Haumea—também são classificados como planetas anões. Exceto por seu pequeno tamanho, os planetas anões têm muitas propriedades em comum com os planetas maiores. Plutão tem cinco luas, e duas luas foram descobertas orbitando Haumea e uma circulando Eris e Makemake.

o cinturão de Kuiper e a nuvem de Oort

TNOs fazem parte do que é chamado de cinturão de Kuiper, uma grande área do espaço além de Netuno que também é a fonte de muitos cometas. Os astrônomos estudam o cinturão de Kuiper de duas maneiras. Novos telescópios mais poderosos nos permitem descobrir muitos dos membros maiores do Cinturão de Kuiper diretamente. Também podemos medir a composição dos cometas que vêm do cinturão de Kuiper. Mais de mil objetos do cinturão de Kuiper foram descobertos, e os astrônomos estimam que existem mais de 100.000 com diâmetros grandes de 100 quilômetros, em um disco que se estende até cerca de 50 UA do sol.Acredita-se que os cometas de curto período (Como Halley) se originem no Cinturão de Kuiper, onde pequenas perturbações gravitacionais de Netuno podem mudar gradualmente suas órbitas até que possam penetrar no sistema solar interno. Os cometas de longo período, No entanto, vêm de um reservatório muito mais distante de objetos gelados, chamado de nuvem de Oort.

Figura 2: Jan Oort (1900-1992). Jan Oort primeiro sugeriu que poderia haver um reservatório de pedaços congelados, potenciais núcleos de cometas, na borda da região da influência gravitacional do sol. (crédito: Observatório de Leiden)

estudos cuidadosos das órbitas dos cometas de longo período revelaram que eles vêm inicialmente de distâncias muito grandes. Seguindo suas órbitas para trás, podemos calcular que os afélios (pontos mais distantes do sol) dos cometas recém-descobertos normalmente têm valores próximos a 50.000 UA (mais de mil vezes mais longe que Plutão). Este agrupamento de distâncias de afélio foi observado pela primeira vez pelo astrônomo holandês Jan Oort, que, em 1950, propôs uma ideia para a origem desses cometas que ainda são aceitos hoje (figura 2).É possível calcular que a esfera de influência gravitacional de uma estrela—a distância dentro da qual ela pode exercer gravitação suficiente para manter objetos em órbita—é cerca de um terço de sua distância até as outras estrelas mais próximas. As estrelas nas proximidades do sol são espaçadas de tal forma que a esfera de influência do sol se estende um pouco além de 50.000 UA, ou cerca de 1 ano-luz. A distâncias tão grandes, no entanto, objetos em órbita ao redor do sol podem ser perturbados pela gravidade das estrelas que passam. Alguns dos objetos perturbados podem então assumir órbitas que os aproximam muito mais do sol (enquanto outros podem ser perdidos para o sistema solar para sempre).Oort sugeriu, portanto, que os novos cometas que estávamos vendo eram exemplos de objetos orbitando o sol perto da borda de sua esfera de influência, cujas órbitas foram perturbadas por estrelas próximas, eventualmente aproximando-as do sol onde podemos vê-las. O reservatório de antigos objetos gelados dos quais esses cometas são derivados agora é chamado de nuvem de Oort.Os astrônomos estimam que existem cerca de um trilhão (1012) de cometas na nuvem de Oort. Além disso, estimamos que cerca de 10 vezes esse número de objetos gelados poderia estar orbitando o sol no volume de espaço entre o cinturão de Kuiper (que está gravitacionalmente ligado a Netuno) e a nuvem de Oort. Esses objetos permanecem desconhecidos porque são muito fracos para serem vistos diretamente e suas órbitas são muito estáveis para permitir que qualquer um deles seja desviado para dentro perto do sol. O número total de objetos gelados ou cometários nos confins externos de nosso sistema solar poderia, portanto, ser da ordem de 10 trilhões (1013), um número muito grande de fato.

Qual é a massa representada por 1013 cometas? Podemos fazer uma estimativa se assumirmos algo sobre tamanhos e massas de cometas. Suponhamos que o núcleo do cometa Halley seja típico. Seu volume observado é de cerca de 600 km3. Se o constituinte primário for gelo de água com uma densidade de cerca de 1 g/cm3, a massa total do núcleo de Halley deve ser de cerca de 6 × 1014 kg. Isso é cerca de um décimo bilionésimo (10-10) da massa da Terra.Se nossa estimativa for razoável e houver 1013 cometas com essa massa lá fora, sua massa total seria igual a cerca de 1000 Terras—comparável à massa de todos os planetas juntos. Portanto, o material cometário gelado pode ser o constituinte mais importante do sistema solar depois do próprio Sol.

Início da Evolução do Sistema Planetário

Cometas da nuvem de Oort nos ajudar a exemplo de material que se formou muito longe do Sol, considerando o curto período de cometas do cinturão de Kuiper exemplo de materiais que foram planetesimals na nebulosa solar, disco, mas não formar planetas. Estudos do cinturão de Kuiper também estão influenciando nossa compreensão da evolução inicial do nosso sistema planetário.

os objetos na nuvem de Oort e no cinturão de Kuiper têm histórias diferentes e, portanto, podem ter composições diferentes. Os astrônomos estão, portanto, muito interessados em COMPARAR Medições detalhadas dos cometas derivados dessas duas regiões de origem. A maioria dos cometas brilhantes que foram estudados no passado (Halley, Hyakutake, Hale-Bopp) são cometas de nuvem de Oort, mas P67 e vários outros cometas direcionados para medições de espaçonaves na próxima década são cometas da família Júpiter do Cinturão de Kuiper.O cinturão de Kuiper é composto de planetesimais de gelo e rocha, um remanescente dos blocos de construção dos planetas. Uma vez que está gravitacionalmente ligado a Netuno, pode nos ajudar a entender a formação e a história do sistema solar. À medida que os planetas gigantes se formaram, sua gravidade influenciou profundamente as órbitas dos objetos do cinturão de Kuiper. Simulações de computador de início da evolução do sistema planetário sugerem que a interação gravitacional entre os planetas gigantes e os restantes planetesimals causou a órbita de Júpiter à deriva interior, ao passo que as órbitas de Saturno, Urano e Netuno todos os expandida, carregando o cinturão de Kuiper com eles.Outra hipótese envolve um quinto planeta gigante que foi expulso do sistema solar inteiramente à medida que as órbitas planetárias mudavam. A lua retrógrada de Netuno (orbitando para trás) Tritão (que é quase tão grande quanto Plutão) pode ter sido um objeto do cinturão de Kuiper capturado por Netuno durante o período de órbitas variáveis. Parece claramente que o cinturão de Kuiper pode levar pistas importantes sobre a forma como nosso sistema solar atingiu sua configuração planetária atual.

caça ao cometa como Hobby

Figura 3: David Levy. O astrônomo amador David Levy ocupa o terceiro lugar no mundo em descobertas de cometas. (crédito: Andrew Fraknoi)

quando o astrônomo amador David Levy (Figura 3), o co-descobridor do cometa Shoemaker-Levy 9, encontrou seu primeiro cometa, ele já havia passado 928 horas infrutíferas procurando pelo céu noturno escuro. Mas a descoberta do primeiro cometa só aguçou seu apetite. Desde então, ele encontrou 8 outros por conta própria e 13 mais trabalhando com outros. Apesar deste recorde impressionante, ele ocupa apenas o terceiro lugar nos livros de recordes para o número de descobertas de cometas. Mas David espera quebrar o recorde algum dia.

em todo o mundo, observadores amadores dedicados passam inúmeras noites escaneando o céu em busca de novos cometas. A astronomia é um dos poucos campos da ciência onde os amadores ainda podem dar uma contribuição significativa, e a descoberta de um cometa é uma das maneiras mais emocionantes de estabelecer seu lugar na história astronômica. Don Machholz, um amador da Califórnia (e caçador de cometas) que tem feito um estudo das descobertas de cometas, relatou que entre 1975 e 1995, 38% de todos os cometas descobertos foram encontrados por amadores. Esses 20 anos renderam 67 cometas para amadores, ou quase 4 por ano. Isso pode parecer muito encorajador para os novos caçadores de cometas, até que eles descobrem que o número médio de horas que o amador típico passou procurando por um cometa antes de encontrar um era de cerca de 420. Claramente, isso não é uma atividade para personalidades impacientes.O que os caçadores de cometas fazem se acharem que encontraram um novo cometa? Primeiro, eles devem verificar a localização do objeto em um atlas do céu para se certificar de que ele realmente é um cometa. Uma vez que o primeiro avistamento de um cometa geralmente ocorre quando ele ainda está longe do sol e antes de ostentar uma cauda significativa, ele parecerá apenas uma pequena mancha difusa. E através da maioria dos telescópios amadores, também as nebulosas (nuvens de gás cósmico e poeira) e galáxias (agrupamentos distantes de estrelas). Em seguida, eles devem verificar se não se depararam com um cometa que já é conhecido; nesse caso, eles só receberão um tapinha nas costas em vez de fama e glória. Em seguida, eles devem re-observar ou re-imagem algum tempo depois para ver se o seu movimento no céu é apropriado para cometas.Frequentemente, caçadores de cometas que pensam ter feito uma descoberta fazem com que outro caçador de cometas em outras partes do país o confirme. Se tudo der certo, o local em que eles entram em contato é o Bureau Central de telegramas astronômicos do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics em Cambridge, Massachusetts (http://www.cbat.eps.harvard.edu/). Se a descoberta for confirmada, o bureau enviará as notícias para astrônomos e observatórios em todo o mundo. Uma das recompensas únicas da caça ao cometa é que o nome do descobridor se torna associado ao novo cometa—um pouco de fama cósmica que poucos hobbies podem igualar.

O Destino dos Cometas

Qualquer cometa que vemos hoje vai ter gasto quase toda a sua existência na nuvem de Oort ou o cinturão de Kuiper, a uma temperatura perto de zero absoluto. Mas uma vez que um cometa entra no sistema solar interno, sua história de vida antes sem intercorrências começa a acelerar. Pode, é claro, sobreviver à sua passagem inicial perto do sol e retornar aos confins do espaço, onde passou os 4,5 bilhões de anos anteriores. No outro extremo, pode colidir com o sol ou chegar tão perto que é destruído em sua primeira passagem do periélio (várias dessas colisões foram observadas com telescópios espaciais que monitoram o sol). Às vezes, no entanto, o novo cometa não chega tão perto do sol, mas interage com um ou mais dos planetas.

o SOHO (Observatório solar e Heliosférico) possui uma excelente coleção de vídeos de cometas que se aproximam do sol. Neste local, o cometa ISON se aproxima do sol e acredita-se que seja destruído em sua passagem.Um cometa que vem dentro da influência gravitacional de um planeta tem três destinos possíveis. Pode (1) impactar o planeta, terminando a história de uma só vez; (2) acelerar e ser ejetado, deixando o sistema solar para sempre; ou (3) ser perturbado em uma órbita com um período mais curto. No último caso, seu destino é selado. Cada vez que se aproxima do sol, ele perde parte de seu material e também tem uma chance significativa de colisão com um planeta. Uma vez que o cometa está neste tipo de órbita de curto período, Sua vida começa a ser medida em milhares, Não bilhões, de anos.

alguns cometas terminam suas vidas catastroficamente quebrando (às vezes sem motivo aparente) (Figura 4). Especialmente espetacular foi o destino do fraco cometa Shoemaker-Levy 9, que se dividiu em cerca de 20 peças quando passou perto de Júpiter em julho de 1992. Os fragmentos de Shoemaker-Levy foram realmente capturados em uma órbita muito alongada de dois anos ao redor de Júpiter, mais do que dobrando o número de luas jovianas conhecidas. Este foi apenas um enriquecimento temporário da família de Júpiter, no entanto, porque em julho de 1994, todos os fragmentos de cometa colidiram com Júpiter, liberando energia equivalente a milhões de megatons de TNT.

Figura 4: separação do cometa LINEAR. (a) uma visão terrestre com muito menos detalhes e (B) uma foto muito mais detalhada com o Telescópio Espacial Hubble, mostrando os múltiplos fragmentos do núcleo do cometa LINEAR. O cometa se desintegrou em julho de 2000 sem motivo aparente. (Observe na vista esquerda, todos os fragmentos misturam sua luz e não podem ser distinguidos. As linhas brancas diagonais curtas são estrelas que se movem na imagem, que está acompanhando o cometa em movimento.) (crédito: a modificação do trabalho pela Universidade do Havaí; crédito b: modificação de trabalho pela NASA, Harold Weaver (Johns Hopkins University), e o HST Cometa LINEAR Equipa de Investigação)

Como cada cometários fragmento de listras em atmosfera jupiteriana a uma velocidade de 60 quilômetros por segundo, desintegrou-se e explodiu, produzindo um quente bola de fogo que levou o cometa de poeira, bem como os gases atmosféricos para altas altitudes. Essas bolas de fogo eram claramente visíveis de perfil, com o ponto real de impacto logo além do horizonte Joviano visto da Terra (Figura 5). À medida que cada pluma explosiva caía de volta em Júpiter, uma região da atmosfera superior maior do que a terra era aquecida até a incandescência e brilhava brilhantemente por cerca de 15 minutos, um brilho que poderíamos detectar com telescópios sensíveis ao infravermelho.

Figura 5: impacto do cometa em Júpiter. (a) a” corda ” de objetos brancos são fragmentos do cometa Shoemaker-Levy 9 se aproximando de Júpiter. (b) O primeiro fragmento do cometa impacta Júpiter, com o ponto de contato no lado inferior esquerdo nesta imagem. À direita está a lua de Júpiter, Io. O ponto igualmente brilhante na imagem superior é o fragmento do cometa que queima ao brilho máximo. A imagem inferior, tirada cerca de 20 minutos depois, mostra o alargamento persistente do impacto. A Grande Mancha Vermelha é visível perto do centro de Júpiter. Essas imagens infravermelhas foram tiradas com um telescópio alemão-espanhol em Calar Alto, no sul da Espanha. (crédito a: modificação do trabalho pela ESA; crédito b: modificação de trabalho por Tom Herbst, do Max-Planck-Institut fuer Astronomie, Heidelberg, Doug Hamilton, Max-Planck-Institut fuer Kernphysik, Heidelberg, Hermann Boehnhardt, Universitaets-Sternewarte, Muenchen, e José Luis Ortiz Moreno, do Instituto de Astrofísica de Andaluzia, Granada)

Figura 6: Impacto Nuvem de Poeira em Júpiter. A borda interna do anel externo difuso é aproximadamente do mesmo tamanho que a Terra. (crédito: modificação do trabalho por H. Hammel, MIT e NASA / ESA)

após o impacto do cometa Shoemaker-Levy 9 com Júpiter, nuvens escuras de detritos se estabeleceram na estratosfera de Júpiter, produzindo “contusões” de longa duração (cada uma ainda maior que a terra) que poderiam ser facilmente vistas através de pequenos telescópios.Essas características foram vistas pela primeira vez com o Telescópio Espacial Hubble 105 minutos após o impacto que produziu os anéis escuros vistos na Figura 6 (o ponto traseiro compacto veio de outro fragmento). Mais tarde, os ventos em Júpiter misturaram essas características em uma ampla mancha que permaneceu visível por mais de um mês.Milhões de pessoas em todo o mundo espiaram Júpiter através de telescópios ou seguiram o evento via televisão ou online. Outra característica de impacto foi vista em Júpiter no verão de 2009, indicando que os eventos de 1994 não eram de forma alguma únicos. Ver essas grandes explosões de impacto em Júpiter nos ajuda a apreciar o desastre que aconteceria com nosso planeta se fôssemos atingidos por um cometa ou asteróide.

para cometas que não encontram um fim tão dramático, as medições da quantidade de gás e poeira em suas atmosferas nos permitem estimar as perdas totais durante uma órbita. As taxas de perda típicas são de até um milhão de toneladas por dia de um cometa ativo perto do sol, somando-se a algumas dezenas de milhões de toneladas por órbita. Nesse ritmo, um cometa típico desaparecerá após alguns milhares de órbitas. Este provavelmente será o destino do cometa Halley a longo prazo.

este vídeo do History Channel mostra uma curta discussão e animação da série de documentários de TV Universe, mostrando a colisão do cometa Shoemaker-Levy 9 com Júpiter.

Conceitos-Chave e Resumo

proposta de Oort em 1950 que os cometas de longo período são derivados a partir de hoje chamada de nuvem de Oort, que rodeia o Sol fora para cerca de 50.000 UA (perto do limite do Sol gravitacional da esfera de influência) e contém entre 1012 e 1013 cometas. Os cometas também vêm do Cinturão de Kuiper, uma região em forma de disco além da órbita de Netuno, estendendo-se até 50 UA do sol. Os cometas são corpos primitivos que sobraram da formação do sistema solar externo. Uma vez que um cometa é desviado para o sistema solar interno, ele normalmente sobrevive não mais do que alguns milhares de passagens do periélio antes de perder todos os seus voláteis. Alguns cometas morrem mortes espetaculares: Shoemaker-Levy 9, por exemplo, quebrou em 20 pedaços antes de colidir com Júpiter em 1994.

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