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Planetologia Comparativa |
A necessidade de compreender de que modo os planetas se comportam como classes distintas de objetos é uma das mais importantes motivações que temos para estudar o Sistema Solar. Há bem pouco tempo várias disciplinas científicas, tais como a geologia e a meteorologia, tratavam apenas de fenômenos associados ao nosso planeta. Hoje essas mesmas disciplinas são estudadas em um contexto muito mais amplo, abrangendo todo os planetas e satélites do Sistema Solar e não apenas a Terra.
Com o acúmulo de dados que possuímos sobre os planetas, podemos dizer que a planetologia comparativa já se estabeleceu como uma das disciplinas fundamentais da astronomia. Seu objetivo principal é investigar os processos físicos que ocorrem (ou ocorreram) nos planetas e como eles funcionam nas diferentes condições encontradas em cada um desses corpos celestes.
Para começar o nosso estudo do Sistema Solar vamos fazer uma descrição das principais características dos corpos que o compõem sob a ótica da planetologia comparativa. Veremos que o Sistema Solar é formado por corpos bastante diferentes fisicamente e, certamente, uma importante pergunta ficará o tempo todo na nossa mente: por que isso aconteceu? Algumas respostas a isso serão dadas ao longo do nosso curso quando estudarmos detalhadamente cada um dos objetos, ou categorias de objetos, que formam o Sistema Solar.
Classificando e distribuindo os planetas no Sistema Solar
Inicialmente podemos separar os planetas do Sistema Solar em duas grandes categorias:
- planetas internos ou terrestres
Os quatro planetas mais próximos do Sol ou seja, Mercúrio, Vênus, Terra e Marte, são denominados planetas internos ou planetas terrestres. Esses quatro corpos celestes são mundos relativamente pequenos, aquecidos devido à sua proximidade com o Sol e compostos basicamente por rochas e metais. Todos eles têm superfícies sólidas que guardam registros dos processos geológicos que ocorreram neles e que resultaram na formação de crateras, montanhas e vulcões.
- planetas externos ou gigantes
Os quatro planetas seguintes, que são Júpiter, Saturno, Urano e Netuno, são bem maiores que os quatro planetas internos. No entanto, se comparados com os planetas terrestres, esses quatro enormes planetas
são compostos por materiais bem mais leves que se apresentam na forma de gases, gelos e líquidos. Estes quatro grandes planetas, situados após a órbita de Marte, são chamados de planetas externos ou planetas gigantes.
- e Plutão?
Nos confins do Sistema Solar temos o último dos planetas conhecidos, o pequeno Plutão, que não é classificado nem como terrestre e nem como gigante. Curiosamente Plutão é bastante parecido com um dos maiores satélites dos planetas gigantes.
Na tabela abaixo fornecemos os valores das principais características físicas dos planetas terrestre e gigantes. Desse modo podemos compará-los mais facilmente.
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| Tabela 9 |
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| | Mercúrio | Vênus | Terra | Marte |
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Distância ao Sol
(em unidades astronômicas - UA) | 0,4 | 0,7 | 1,0 | 1,5 |
Período de translação
em torno do Sol (em anos terrestres) | 0,2 | 0,6 | 1,0 | 1,9 |
| Diâmetro equatorial (km) | 4878 | 12102 | 12756 | 6790 |
Massa
(em comparação com a massa da Terra) | 0,055 | 0,8 | 1,0 | 0,1 |
| Densidade (g/cm3) | 5,4 | 5,3 | 5,5 | 3,9 |
Rotação em torno do seu eixo
(em unidades de tempo terrestres: d= dias; h=horas) |
58,6d |
-243d |
23,9h |
24,6h |
| Inclinação do eixo de rotação (em graus) | 0o | 2 | 23 | 24 |
| | Júpiter | Saturno | Urano | Netuno |
|---|
Distância ao Sol
(em unidades astronômicas - UA) | 5,2 | 9,5 | 19,2 | 30,1 |
Período de translação
em torno do Sol (em anos terrestres) | 11,9 | 29,5 | 84,1 | 164,8 |
| Diâmetro equatorial(km) | 142800 | 120540 | 51200 | 49500 |
Massa
(em comparação com a massa da Terra) | 318 | 95 | 14 | 17 |
| Densidade (g/cm3) | 1,4 | 0,7 | 1,2 | 1,6 |
Rotação em torno do seu eixo
(em unidades de tempo terrestres) | 9,9 | 10,7 | 17,2 | 16,1 |
| Inclinação do eixo de rotação (em graus) | 3 | 27 | 98 | 29 |
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As figuras mostradas abaixo comparam (muito aproximadamente) o tamanho do Sol em relação aos planetas do Sistema Solar.
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Comparando tamanhos no Sistema Solar
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| Comparando tamanhos de alguns objetos do Sistema Solar |
corpo celeste | diâmetro equatorial |
| diâmetro do Sistema Solar | 15 000 000 000 000 km |
| Sol | 1 390 000 km |
| Júpiter | 142400 km |
| Saturno | 120000 km |
| Urano | 50800 km |
| Netuno | 48600 km |
| Terra | 12756 km |
| Venus | 12104 km |
| Marte | 6794 km |
Ganimedes
(satélite de Júpiter) | 5262 km |
Titã
(satélite de Saturno) | 5140 km |
Mercúrio
(planeta) | 4878 km |
Calisto
(satélite de Júpiter) | 4800 km |
Io
(satélite de Júpiter) | 3632 km |
Tritão
(satélite de Netuno) | ~ 3500 km (mais ou menos 250 quilômetros) |
Lua
(satélite da Terra) | 3476 km |
Europa
(satélite de Júpiter) | 3138 km |
Plutão
(planeta) | ~ 3000 (2320) km |
Caronte
(satélite de Plutão) | 1270 km |
Sedna
(possível objeto da Nuvem de Oort interna) | 1000 - 1700 km |
2004 DW
(objeto do cinturão trans-netuniano) | ~ 1500 km |
Quaoar
(objeto do cinturão trans-netuniano) | ~ 1250 km |
Ixion
(objeto do cinturão trans-netuniano) | 1065 (± 165) km |
Ceres
(asteróide) | 1032 km |
Varuna
(objeto do cinturão trans-netuniano) | 900 (+125/-145) km |
2002 AW197
| 890 ± 120 km |
(e muitos outros milhões de objetos!!!!)
| ?? km |
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Na tabela acima muitas figuras estão faltando. Isso foi feito para chamar a atenção dos leitores para o fato de que vários satélites são maiores do que alguns planetas do Sistema Solar! Só apresentamos as imagens dos objetos que estão enquadrados nesse caso.
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A composição e a estrutura interna dos planetas
- planetas terrestres:
Os planetas terrestres são compostos por rochas e metais tendo, portanto, uma composição bem distinta daquela apresentada pelos planetas gigantes. No entanto, vale à pena notar que esses elementos estão entre os menos abundantes no Universo como nos mostrou a tabela 8 da introdução.
As rochas mais abundantes, chamadas silicatos, são compostas de silício e de oxigênio. Entre os metais encontramos principalmente o ferro. Olhando para o valor da sua densidade, dada na tabela 7 da introdução, concluímos que Mercúrio é o planeta que possui, proporcionalmente, mais metais na sua composição.
A Terra, Vênus e Marte têm aproximadamente a mesma composição, apresentando 2/3 de silicatos e 1/3 de metais, sendo estes combinações de ferro e de níquel ou de enxofre. Devido à pouca quantidade de hidrogênio presente, estes planetas exibem uma grande variedade de compostos de oxigênio. Por essa razão essa química é chamada de oxidada.
Quando analisamos a estrutura interna dos planetas terrestres notamos que os materiais mais densos, os metais, estão situados na sua parte central. Como estes planetas não estão na forma de líquidos ou gases a pergunta que fazemos é como foi possível separar dessa forma os materiais que os constituem. Na realidade essa estrutura, chamada diferenciada, nos indica que em algum momento estes corpos foram aquecidos até o ponto fusão. Quando isso aconteceu os materiais mais pesados foram para a região central e os mais leves ficaram na superfície do corpo celeste, exatamente como vemos acontecer quando colocamos em uma vasilha azeite e vinagre: o azeite fica no fundo enquanto o vinagre flutua acima deste.
No caso dos planetas, desde o momento que estes foram esfriando a estrutura diferenciada foi sendo preservada sendo aquela que observamos hoje. A estrutura diferenciada dos planetas terrestres nos indica, portanto, que, em algum momento, eles atingiram uma temperatura maior do que 1300 K.
- planetas gigantes:
Os dois maiores planetas, Júpiter e Saturno, têm aproximadamente a mesma composição que o Sol, consistindo basicamente de dois elementos, hidrogênio (H) e hélio (He), numa proporção de 75% de H e 25% de He.
Como na Terra estes dois elementos se apresentam no estado gasoso Júpiter e Saturno são, às vezes, chamados de "planetas gasosos". Na verdade, isto não está correto uma vez que, devido ao grande tamanho destes planetas, o gás no seu interior é comprimido tão fortemente que o hidrogênio passa do estado gasoso para o estado líquido.
Em um planeta fluido ou gasoso, devido à força da gravidade, os elementos mais pesados tendem a se deslocar na direção de seu centro. Isto é o que ocorre tanto em Júpiter quanto em Saturno os quais têm núcleos compostos de rochas, metais e gelos.
Urano e Netuno apesar de serem bem menores do que Júpiter e Saturno, também têm núcleos compostos de rocha, metal e gelo.
Um aspecto interessante é que o tamanho do núcleo dos quatro planetas gigantes é aproximadamente igual, ou seja, cerca de dez vezes o tamanho da Terra. Isto parece indicar que esses quatro planetas começaram a ser formados de modos iguais e apenas posteriormente capturaram hidrogênio e hélio para formar suas atmosferas. Neste caso, Urano e Netuno não foram tão eficientes quanto Júpiter e Saturno em capturar gás, e ficaram com tamanhos menores.
Do ponto de vista químico os quatro planetas gigantes têm uma composição dominada por hidrogênio e seus compostos. Todo o oxigênio disponível se combina quimicamente com o hidrogênio para formar água (H2O). Uma composição química deste tipo é dita reduzida. Os demais compostos presentes nos planetas gigantes são:
- metano (CH4)
- amônio (NH3)
- hidrocarbonetos
- etano (C2H6)
- acetileno (C2H2)
- etc.
As nuvens superiores das atmosferas de Júpiter e Saturno são compostas por cristais de amônio enquanto que as de Urano são formadas por metano. É este último composto, o metano, que é o responsável pela coloração azulada de Urano.
A energia interna nos planetas
Planetas terrestres: atividade geológica
O que caracteriza os planetas terrestre é a sua atividade geológica. As superfícies desses corpos têm sido modificadas ao longo dos tempos devido à ação de forças internas e externas.
Sabemos que todos os planeta terrestres (Mercúrio Vênus, Terra e Marte) têm sido bombardeados por verdadeiros projéteis provenientes do espaço. Estes corpos, ao colidirem com esses planetas, em geral, deixaram suas superfícies cobertas de crateras. Estas são as forças externas que atuam sobre os planetas.
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 | A imagem ao lado é facilmente reconhecida por todos. É a superfície do satélite natural da Terra, a nossa Lua. Esse enorme conjunto de crateras é o resultado de milhares de impactos de asteróides e cometas sobre a sua superfície ao longo de milhões de anos.
Certo? |
| Infelizmente quem concordou com a afirmação acima errou parcialmente. Realmente essa superfície esburacada foi formada do modo descrito mas a imagem não é da Lua. Esta é a superfície do planeta Mercúrio, mostrando o resultado de milhões de anos de violentos impactos sobre a sua superfície. |
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Embora tenhamos indicações de que este bombardeamento foi muito mais intenso nos primórdios do Sistema Solar, sabemos que eles acontecem até hoje. Prova recente disto foi a colisão do cometa Shoemaker-Levy 9 com Júpiter, em meados de 1994, evento que foi acompanhado detalhadamente pelos astrônomos de todo o mundo.
Por outro lado, forças internas também têm modelado as superfícies planetárias através da formação de montanhas, da erupção de vulcões e da violência dos terremotos e maremotos. Todos esses eventos ocorrem devido ao que chamamos de atividade geológica de um planeta. Entre os corpos do Sistema Solar que têm, ou tiveram num passado recente, o maior nível de atividade geológica estão a Terra, Vênus e Io, que é um dos satélites de Júpiter. Por outro lado, a Lua, Marte e Mercúrio são, há muito tempo, mundos completamente mortos, desprovidos de atividades geológicas.
A imagem ao lado mostra a erupção de um vulcão em Io, um dos grandes satélites de Júpiter.
Estes diferentes graus de atividade geológica podem ser melhor entendidos ao percebermos que toda essa atividade resulta do fato de certos planetas possuirem um interior quente. Os vulcões, assim como as montanhas, são resultantes do calor que escapa do interior de um planeta. Este calor interno foi obtido durante o processo de formação dos planetas e, por este motivo, é chamado de primordial.
Entretanto, quanto menor for um planeta mais facilmente ele vai perdendo seu calor interno, adquirido durante a sua formação, e logo se tornará inativo. Isto foi o que, muito provavelmente, aconteceu com a Lua e Mercúrio. Marte, embora também apresente indícios de ter tido uma considerável atividade interna, hoje mostra que esta atividade cessou completamente.
O grau de bombardeamento externo sofrido por um planeta é um parâmetro fundamental que usamos para reconstituir o seu nível da atividade interna. Na Terra, por exemplo, apenas os impactos mais recentes não foram "apagados". Em Marte ou na Lua, entretanto, a superfície guarda registro de bilhões de anos de impactos e isto nos permite determinar a sua idade. A "datação" de uma superfície planetária é obtida exatamente a partir da contagem do número e da distribuição de tamanhos das crateras existentes. Através desta técnica também é fácil identificar os terrenos mais jovens e os mais velhos de uma superfície planetária. Os terrenos mais jovens são aqueles que têm um menor número de crateras ou seja, nestas regiões alguma atividade geológica interveio para "apagar" as crateras que lá deviam existir em igual número ao que observamos nos terrenos mais velhos.
Planetas gigantes: energia interna
No caso dos planetas gigantes, entretanto, o que os caracteriza é sua energia interna. No caso de Júpiter, esse planeta gigante irradia para o espaço vizinho a ele uma quantidade de energia produzida no seu interior que é equivalente àquela que ele recebe do Sol. Neste caso a energia interna emitida pelo planeta é ainda aquela adquirida durante a sua formação, ou seja, a primordial.
Por outro lado, Saturno também gera energia interna devido a um processo de diferenciação que consiste na segregação do hélio e do hidrogênio. Sendo o hélio mais pesado, pequenas gotículas deste elemento vão caindo na direção do núcleo e neste processo geram calor.
Netuno também tem uma pequena energia interna mas Urano não tem. Isto faz com que esses dois planetas tenham a mesma temperatura superficial embora Netuno esteja a uma maior distância do Sol.
Os pequenos corpos
Satélites
Já vimos que, além dos planetas descritos acima, o Sistema Solar também é formado por um grande número de pequenos corpos. Todos os planetas, com exceção de Mercúrio e de Vênus, possuem um ou mais satélites com tamanhos muito variados. Alguns deles se assemelham a pequenos planetas enquanto que outros possuem apenas alguns metros de diâmetro. Entre os maiores satélites podemos citar: a Lua (satélite da Terra), Io, Europa, Ganimedes e Calisto (que são os quatro maiores satélites de Júpiter, chamados coletivamente de satélites Galileanos), Titã (satélite de Saturno), e Tritão (satélite de Netuno).
No momento existem cerca de 100 satélites catalogados mas muitos outros, bem pequenos, ainda continuarão a ser descobertos. Apenas a Lua é quimicamente e estruturalmente muito similar à própria Terra enquanto que a maioria dos satélites dos planetas externos têm composição similar ao núcleo do planeta que orbitam. Os três maiores satélites, Ganimedes, Calisto e Titã, são compostos por metade gelo de água e metade rochas e metais.
As imagens abaixo mostram as superfícies de Ganimedes e Calisto.
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| Ganimedes | Calisto |
|---|
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Calisto, Ganimedes e Titã se diferenciaram facilmente nos primórdios da formação planetária já que tiveram que atingir apenas a temperatura de derretimento do gelo e não a das rochas, como os planetas terrestres. Hoje em dia estes satélites têm densas superfícies de gelo muito duro e um interior composto de rochas e de metais.
Anéis
Cada um dos planetas gigantes, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno, também possui um sistema de anéis compostos por um imenso número de pequenos corpos cujos tamanhos variam entre um grão de areia e uma montanha. Estes corpos seguem órbitas independentes umas das outras ao redor do planeta. O sistema de anéis mais brilhante é o de Saturno, que também foi o primeiro a ser descoberto.
A imagem abaixo mostra os finos anéis que circundam o planeta Júpiter, uma descoberta que surpreendeu os astrônomos.
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Asteróides e cometas
Finalmente, temos outros pequenos corpos que são os asteróides e os cometas. Já dissemos que os asteróides estão situados na parte interna do Sistema Solar, a maioria deles localizados entre as órbitas de Marte e de Júpiter, no chamado Cinturão de asteróides.
Os cometas se localizam nos confins do Sistema Solar. Parte deles está no Cinturão Trans-Netuniano, também chamado de Cinturão de Kuiper. O Cinturão Trans-Netuniano está localizado em região muito afastada do Sol, indo de 30 a 50 U.A.. Vemos, portanto, que o Cinturão Trans-Netuniano inicia próximo à órbita do planeta Netuno e inclui a região onde está a órbita de Plutão.
Recentemente, devido às melhorias das técnicas observacionais, muitos objetos do Cinturão Trans-Netuniano passaram a ser conhecidos. Alguns desses objetos são mostrados na figura abaixo.
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Uma outra parte dos cometas fica localizada além de 50000 UA de distância do Sol, numa região denominada Nuvem de Oort.
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Os cometas são compostos de gelos de água, além de dióxido de carbono e monóxido de carbono. De tempos em tempos perturbações retiram cometas da Nuvem de Oort e os fazem caminhar para "dentro" do Sistema Solar.
Dizemos então que eles iniciam órbitas que os trazem para o Sistema Solar interior. Quando estes objetos chegam a distâncias próximas ao Sol seus gelos são volatilizados. Nesse momento vemos a formação das magníficas comas e caudas que tanto tem impressionado os seres humanos desde a antigüidade. A imagem ao lado, o cometa Halle-Bopp, nos mostra a beleza desses corpos celestes.
Os asteróides e cometas, sendo os menores corpos do Sistema Solar, provavelmente nunca foram aquecidos até o ponto de derretimento total dos materiais. Isto faz com que eles tenham preservado, de modo praticamente inalterados, os componentes e a sua estrutura originais. Por este motivo os asteróides e cometas são, às vezes, chamados de objetos primordiais. Esse fato é muito importante pois o estudo desses objetos pode nos revelar dados fundamentais sobre os processos de formação e subseqüente evolução do Sistema Solar como veremos mais adiante.
Antes de iniciarmos uma análise mais detalhada dos corpos planetários vamos nos estender um pouco mais comparando outras características físicas dos planetas e pequenos corpos do Sistema Solar.
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