Porque em Mercúrio mesmo estando mais próximo do Sol a temperatura média é inferior a temperatura de Vênus?

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PLANETAS INTERNOS

Internos X Externos TELÚRICOS: MERCÚRIO,VÊNUS TERRA, MARTE

• Superfície sólida, feita de materiais rochosos • Núcleo rochoso (Fe-Ni) • Mesmo tamanho • Alta dens. (~ 5 g/cm3) • Poucos satélites • Presença de crateras de impacto • Vulcões: Vênus, Terra e Marte Materiais rochosos: Fe, O, Si, Mg, Ni, S

JOVIANOS: JÚPITER, SATURNO URANO, NETUNO

• Constituídos primariamente de H e de He • Núcleo rochoso • Planetas gigantes (>> telúricos) • Baixa dens. (~ 1 g/cm3) • Muitos satélites (>8) • Presença de anéis Plutão: formado por gelo e rocha. Dens. : (~2 g/cm3)

Tamanhos Relativos Os 4 planetas jovianos são bem maiores, tem baixa densidade média e são formados basicamente de H e He

Os 4 planetas terrestres são menores, tem alta densidade média e são formados por materiais rochosos

Plutão: é bem menor, tem baixa densidade média e é formado basicamente por gelo e materiais rochosos

O INTERIOR DOS PLANETAS INTERNOS

Terra Massa (kg) Raio equatorial (km) Densidade média (g/cm3) Distância média do Sol (km)

5,976e+24 6.378,14 5,515 149.600.000

Período de rotação (dias)

0,99727

Período Orbital (dias)

365,256

Velocidade orbital média (km/s) Excentricidade orbital

29,79 0,0167

Inclinação do eixo de rotação (graus)

23,45

Inclinação orbital (graus)

0,000

Gravidade à superfície no equador (m/s 2)

9,78

Albedo

0,37

Temperatura média à superfície Pressão atmosférica (bar) Composição atmosférica Nitrogênio Oxigénio Outros

15°C 1,013(1 atm) 77% 21% 2%

• Possui atividade geológica • Possui 1 satélite

O INTERIOR DA TERRA É constituído por uma parte sólida (núcleo interno) envolvida por uma líquida (núcleo externo). Esta camada líquida dá origem ao campo magnético terrestre devido aos movimentos de convecção do seu material, que é eletricamente condutor. O núcleo externo é composto de ferro metálico e outros elementos (S, Si, O, K e H) O núcleo interno é composto de ferro e níquel, e é sólido Núcleo externo 2200 km

Núcleo interno 1300 km apesar da T elevada, está sujeito também a pressões elevadas (4-5x106 atm)  átomos ficam compactados = forças de repulsão entre os átomos são vencidas pela pressão externa  substância se torna sólida. A temperatura entre o núcleo e o manto é de cerca de 3.700ºC. Núcleo interno até 4.500ºC.

O INTERIOR DA TERRA O manto terrestre estende-se desde 50 km de profundidade (podendo ser muito menos nas zonas oceânicas) até ~ 2900 km abaixo da superfície (perto do núcleo) 45 % de Oxigênio

MANTO

Óxidos %

SiO2

46

MgO

37,8

FeO

7,5

Al2O3

4,2

CaO

3,2

Na2O

0,4

K2O

0,04

Pressão na parte inferior = 1,4x105 atm

O INTERIOR DA TERRA A crosta oceânica: espessura=5 a 10 Km . A crosta continental: espessura=20 a 70 Km. A crosta oceânica é mais densa do que a crosta continental, por conter mais ferro .

Crosta 5 a 70 km

Óxidos

%

SiO2

59,71

Al2O3

15,41

CaO

4,90

MgO

4,36

Na2O

3,55

FeO

3,52

K2O

2,80

Fe2O3

2,63

H2O

1,52

TiO2

0,60

P2O5

0,22

47% da crosta é constituída por oxigênio. A sua composição é majoritariamente de óxidos combinados, sendo os principais o silício, o alumínio, o ferro, o cálcio, magnésio, potássio e óxidos de sódio. A sílica é o principal componente da crosta

MAGNETOSFERA: região acima da atmosfera, que contém partículas carregadas aprisionadas pelo campo magnético terrestre.

ATMOSFERA

HIDROSFERA: contém os oceanos (70% da área superficial total)

A ATMOSFERA DA TERRA Mudança de T e P com a altitude Parte inferior da magnetosfera. Partículas ionizadas pela radiação solar  elétrons livres (alta condutividade)  ionosfera altamente refletiva a certas ondas de rádio (p. ex. freqüência AM) Substancial diminuição da T

Correntes convectivas = ventos Troposfera = região onde a convecção ocorre

Radiação UV absorvida por O3 e N.

Começa o espalhamento da luz azul

-73oC

-23oC

27oC

Convecção (solo aquecido)

Céu azul visto da Terra CAUSA : ATMOSFERA!!!

ESPALHAMENTO RAYLEIGH O comprimento de onda da luz azul é ~ do mesmo tamanho do que as moléculas de gás do ar, portanto a luz azul é espalhada mais eficientemente.

Espalhamento Rayleigh (moléculas)  1/λ4 Espalhamento por poeira  1/λ

Observador vê luz azul em todas as direções no céu. Vê luz vermelha somente na direção do Sol

AQUECIMENTO DA SUPERFÍCIE TERRESTRE

A luz que não é refletida ou absorvida pelas nuvens atinge a superfície da Terra, aquecendo-a. EFEITO ESTUFA A radiação IR irradiada novamente pela superfície é parcialmente absorvida pelo vapor d’água e CO2 e reirradiada, fazendo com que a temperatura sobre toda a superfície da Terra aumente. O efeito estufa mantém o planeta Terra 40ºC mais quente.

LUA Características orbitais Distância média a Terra

2,413,402 km (0,016 UA)

Excentricidade

0,055

Período orbital (mês sideral)

27d 7h 43m

Velocidade orbital média Inclinação

1,02 km/s 5,15°

LUA Características físicas Raio equatorial Massa Densidade média gravidade à superfície Período de rotação Inclinação do eixo de rotação Albedo Temperatura (equador)

1737,1 km (0,3T) 7,35×1022 kg (0,01T) 3,34 g/cm³ (T5,51) 0.16 gT 27d 7h 43m (síncrona) 6,7° (plano orbital) 0,12

min méd máx -173ºC -53ºC 117ºC

INTERIOR LUA Crosta (60-150 km) Maria= mares: Formados por rochas vulcânicas = basalto

Manto de rocha sólida

Núcleo de ferro (300 km) T>=1227º C

SUPERFÍCIE DA LUA 1100 km

Regiões escuras = regiões ~ planas formadas de fluxos de lava que ocorreram no período de formação da lua.

crateras

SUPERFÍCIE DA LUA Crateras mostradas pela Apollo 8 (1968) Tamanhos vão de 50 a 500 km.

ORIGEM DA LUA MODELO DO IMPACTO GIGANTE

UM OBJETO DE ~ TAMANHO DE MARTE (Theia) COLIDE COM A TERRA EM FORMAÇÃO (AINDA NÃO TOTALMENTE SÓLIDA)

FORMAÇÃO DA LUA

Theia for crescendo por aglutinação, escapou do ponto lagrangeano e colidiu com a Terra. A colisão fez se formar um disco de fragmentos ao redor da terra. Deste disco se formou a Lua.

SIMULAÇÃO

EVOLUÇÃODA LUA

Características orbitais Distância média ao Sol

0,387 UA

Excentricidade

0,206

Período orbital

87d 23.3h

Velocidade orbital média

48 km/s

Mercúrio Possui pouca atmosfera Não possui atividade geológica Não possui satélites

Inclinação

7,0°

Número de Satélites

0

Características físicas

Raio equatorial Massa Densidade média

2439,7 km (0,38T) 3,302×1023

kg(0,06T)

5,43 g/cm³ (T5,51) Diâmetro: 40% < Terra e 40% > Lua)

gravidade à superfície

0,38 gT

Período de rotação

59 dias

Inclinação do eixo de rotação Albedo

0° 0,11-0,12

Temperatura média à superfície: Dia

420º C

Temperatura média à superfície: Noite

-180º C

Temperatura à superfície

Mercúrio

min méd máx -183ºC 167ºC 427ºC

Mercúrio Se um explorador andasse pela superfície de Mercúrio: • solo parecido com o da lua: crateras formadas pelo impacto com meteoritos • existem escarpas com vários km de altura e centenas de km de comprimento • o tamanho do sol visto da superfície: 2 ½ x maior do que na Terra • a cor do céu: negra, pq Mercúrio praticamente não tem atmosfera (luz não é dispersa) • visão de 2 estrelas brilhantes: cor creme: Vênus e outra de cor azul, a Terra.

D (UA)

Sol

0

Mercúrio

0,39

Vênus

0,72

Terra

1,0

Marte

1,5

Júpiter

5,2

Saturno

9,5

Urano

19,2

Neptuno

30,1

Plutão

39,5

(58106 Km) (150106 Km)

Diâmetro aparente do Sol

O tempo que Mercúrio leva para completar uma rotação é de 59 dias terrestres – exatamente 2/3 do tempo que leva para completar 1 órbita em torno do Sol.

Rotação de Mercúrio

A duração de 1 dia (1 dia solar) num planeta é o tempo que o Sol passa duas vezes consecutivas por um dado meridiano. Os planetas rotam ao redor de seu eixo em diferentes velocidades e giram em torno do Sol também com velocidades diferentes, a duração do dia é diferente para cada planeta. Mercúrio tem rotação lenta e velocidade orbital rápida  1 dia solar = 176 dias na Terra.

Meio dia solar (sol nasce e se põe) = 1 ano de Mercúrio (tempo que leva para completar 1 volta em torno do Sol.

Um dia em Mercúrio

O INTERIOR DE MERCÚRIO Sonda espacial Mariner 10: • passou a uma distância ~700 km do planeta 3 vezes (1974 e 1975) • 2700 fotografias de 45% do planeta núcleo de Fe parcialmente fundido. Alta densidade média (5,44 g/cm3) : 60 -70 % em peso de metal e 30 % em peso de silicatos. Isto dá um núcleo com um raio de 75% do raio do planeta. Terra: dens = 5,5g/cm3 O núcleo de Fe ~ 16% do volume total

manto

crosta núcleo

O INTERIOR DE MERCÚRIO

manto núcleo

Mercúrio contém bastante crateras de impacto: variam em tamanho desde os 100m -1300 km..

A bacia Caloris tem 1300 km de diâmetro, e provavelmente foi causada por um projétil com uma dimensão > 100 km. O impacto produziu uma elevação com anéis concêntricos com 3 km de altura e expeliu matéria pelo planeta até uma distância de 600-800 km.

Messenger (2004-2015 menor aproximação de Mercúrio (2008)

Pode existir água em Mercúrio? Podíamos supor que em Mercúrio não pode existir água em nenhuma forma. Tem pouquíssima atmosfera e é extremamente quente durante o dia, mas em 1991 cientistas em Caltech captaram ondas de rádio vindas de Mercúrio e descobriram algumas bastante intensas vindas do pólo norte. A intensidade poderia ser explicado por gelo na superfície ou logo abaixo.

Mas é possível haver gelo em Mercúrio? Devido à rotação de Mercúrio ser quase perpendicular ao plano orbital, o pólo norte vê sempre o sol um pouco acima do horizonte. O interior das crateras nunca está exposto ao Sol e suspeita-se que está a uma temperatura inferior a -161º C. A esta T pode ter água provinda de evaporação do interior do planeta, ou gelo trazido para o planeta resultante de impacto de cometas. Estes depósitos de gelo podem ter sido cobertos com uma camada de pó e por isso mostram ainda os reflexos intensos no radar.

Vênus Vista a olho nú logo após o sol nascer ou logo após o sol se por

LUA VÊNUS

Vênus “brilha” muito  albedo = 0,65  nuvens densas refletem a luz do Sol

Características atmosféricas Pressão atmosférica

92 atm

CO2

96%

N

3%

SO2

0,015%

Argônio

0,007%

Vapor d’água

0,002%

CO

0,0017%

He

0,0012%

Ne

0,0007%

Características orbitais Distância média ao Sol

0,723 UA

Excentricidade

0,007

Período orbital

224d 42h

Velocidade orbital média

35 km/s

Inclinação Número de Satélites

3,4° 0

Características físicas Raio equatorial Massa

Densidade média Gravidade à superfície Período de rotação Inclinação do eixo de rotação Albedo

Temperatura média à superfície

6051,9 km(0,95T) 4,869×1024 kg(0,82 T)

5,24 g/cm³ (T5,51) 0,90 gT 243 dias (retrógrado) 177,4° 0,65 463º C (Tmédia > Tmédia de Mercurio)

• Terra e Vênus: “planetas irmãos” – tamanho, massa, densidade, geologia ativa, atmosfera importante • 1 ano em Vênus = 225 dias terrestres • 1 dia em Vênus = 243 dias terrestres (rotação lenta) • Rotação retrógrada!!! • Sem satélite

ROTAÇÃO VÊNUS - TERRA

Se Terra e Vênus são parecidos, poderia ter possibilidade de vida em Vênus?

NÃO! • Pressão na superfície 92 x maior do que a Terra • Nuvens compostas por gotas de ácido sulfúrico • Atmosfera composta 96% de CO2: gera um efeito estufa: de 127oC sobe para 467oC na superfície – mais quente que Mercúrio mesmo estando mais longe do Sol!

• Vênus é muito seco: maior parte da água teria evaporado devido à sua proximidade com o Sol aconteceria o mesmo se a Terra estivesse mais próxima do Sol

ATMOSFERA DE VÊNUS • Composição: Dióxido de Carbono (96%), Nitrogênio (3%) Vestígios de : Dióxido de enxofre, vapor de água, monóxido de carbono, argônio, hélio, neônio, cloreto de hidrogênio e fluoreto de hidrogênio.

-173oC

527oC

-73oC

27oC

ATMOSFERA DE VÊNUS A atmosfera mais densa de CO2 de Vênus retém mais radiação infravermelha, aumentando assim a T da superfície.

IMAGEM FEIRA PELA MARINER 10 MOSTRA A ESPESSA COBERTURA DE NUVENS QUE IMPEDE A OBSERVAÇÃO ÓPTICA DA SUA SUPERFÍCIE

Missões que revelaram a superfície de Vênus, antes obscurecida pela densa cobertura de nuvens (fizeram a análise através de ecos de radar): 1) Pioneer Vênus da NASA (1978), 2) as missões Soviéticas Venera 15 e 16 (1983-1984) 3) Magalhães da NASA (1990-1994).

• superfície nova: foi refeita há ~ 400 milhões de anos atrás • topografia: vastas planícies cobertas por correntes de lava (centenas de km)  regiões montanhosas deformadas por atividades geológicas • possui crateras de impacto: a maioria < 2 km, por causa da atmosfera pesada • 85% da superfície está coberta de rocha vulcânica  ~100.000 pequenos vulcões + centenas de grandes vulcões

O INTERIOR DE VÊNUS Semelhante a da Terra

Obs : projeção exagera o tamanho das regiões próximas aos polos

Maxwell monte = pico mais alto (14 km de altura)

Região montanhosa de Aphrodite Terra extende-se por quase metade do equador

APHRODITE TERRA

MOSTRA ESTRUTURAS MENORES (sonda Magalhães)

Vulcões

Características orbitais Distância média ao Sol

MARTE

1,52 UA

Excentricidade

0,093

Período orbital

686d 57h

Velocidade orbital média Inclinação

Características atmosféricas Pressão atmosférica

24 km/s 1,85°

Número de Satélites

2

Características físicas Raio equatorial Massa

Densidade média Gravidade à superfície Período de rotação Inclinação do eixo de rotação Albedo Temperatura à superfície

3402 km (0.5T) 6,418×1023 kg (0.11T)

3,93 g/cm³ (T5.51) 0,38 gT 1,03 dias 25,19° 0,15 min méd max -87ºC -46ºC -5ºC

810-3 atm

CO2

96%

N

2,7%

Arg

1,6%

O

0,2%

CO

0,07%

Vapor d’água

0,03%

NO

0,01%

MARTE O ar marciano contém ~ 1/1000 da água da atmosfera da Terra, mas é o suficiente para condensar, formando nuvens que flutuam a uma grande altitude na atmosfera.

Marte • Marte observado da Terra (telescópios): disco avermelhado + manchas pretas e brilhantes + calotas polares

Pic-du-Midi

Hubble

Sonda Viking

Marte

• Planeta vermelho

1) Contém óxido ferro espalhado pela sua superfície 2) Influência da poeira (macroscópica) presente na atmosfera marciana que absorve a radiação azul (magnetita (Fe3O4)): atmosfera muito tênue para se ver o efeito azulado do espalhamento Rayleigh (céu rosa)

Marte • 1 dia em Marte = 1 dia na Terra • Tem estações como a Terra (inclinação do eixo de rotação semelhante ao da Terra) • Água e CO2 congelados nas calotas (camadas de gelo de centenas de metros de espessura) – Possibilidade da existência rios, lagos e até oceanos

• 2 pequenos satélites: Phobos e Deimos

Atmosfera de Marte

Marte já teve uma atmosfera mais densa no começo de sua formação (desde 4 bilhões de anos) • Céu azul, oceanos e chuva • Sol 30% mais brilhante do que atualmente • Efeito estufa possibilitou temperatura superficial > 0oC

-123ºC

-23ºC

Atmosfera começou a diminuir com o tempo: • Impactos com corpos maiores • Gravidade pequena de Marte

COMO A ATMOSFERA É MANTIDA ACIMA DA SUPERFÍCIE DOS PLANETAS ?

R: em princípio a gravidade do planeta

MAS SE FOR SÓ A GRAVIDADE, COMO A ATMOSFERA NÃO COLAPSA PARA A SUPERFÍCIE DO PLANETA?

R: calor provoca o movimento turbulento das moléculas de gás, fazendo com que a pressão exercida por esse movimento se oponha à gravidade

CÁLCULO SIMPLES

Considerando a velocidade de escape: 𝒌𝒎 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 (𝑴) 𝒗 = 𝟏𝟏, 𝟐 𝒔 𝒓𝒂𝒊𝒐(𝑹) Considerando a velocidade média das partículas de gás: 𝒌𝒎 𝑻 𝒅𝒐 𝒈á𝒔 (𝑲) < 𝒗𝒈𝒂𝒔 > = 𝟎, 𝟏𝟓𝟕 𝒔 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒎𝒐𝒍𝒆𝒄𝒖𝒍𝒂𝒓(𝒖) Ex. N2 : massa molecular 28, a T média na superfície da Terra é de 300 K  =0,51 km/s. A velocidade de escape da Terra é de 11,2 km/s. Portanto: 1/6 Vescape: a atmosfera terá escapado do planeta em 4,6 bilhões de anos (idade atual)

canion

Viking

TOPOLOGIA DE MARTE Hemisfério norte : planícies extensas de lava  formadas por erupções envolvendo um volume grande de lava. Estes volumes de lava foram espalhados pelos blocos de rocha vulcânica e também pelos meteoritos.

TOPOLOGIA DE MARTE Hemisfério sul : montanhas a crateras. Tem altura média de 5 km mais alto do que as planícies suaves do hemisfério Norte. As regiões escuras de Marte observadas de telescópios da Terra são as regiões montanhosas do Sul.

(a)Hemisfério Norte : planos formados de lava vulcânica (b)Hemisfério Sul : montanhas e crateras Hemisfério norte tem bem menos crateras do que o sul: atividade geológica mais recente

CALOTAS POLARES As calotas variam de tamanho conforme as estações do ano

Hemisfério S: tamanho menor de 400 km e formada por CO2 congelado

Hemisfério N: calota formada de água congelada

Pathfinder (1997)

Lua : raio ~1700 km

Deimos 7.5x6.1x5.5 km

Asteróides capturados por Marte? Formados por condritos carbonáceos escuros

Phobos 13.5x10.8x9.4 km

aproxima 2m de Marte a cada ano: provavelmente vai se colidir com Marte ou vai ser “desmanchado” e poderá formar um anel.

Porque a temperatura da superfície de Mercúrio é menor que a de Vênus?

Porque a temperatura média de Vênus é mais elevada do que a temperatura máxima de Mercúrio?

Porque Vênus é o mais quente?

Porque Mercúrio não é o planeta mais quente do Sistema Solar?