Tema 6. El Sistema Solar I

Estructura del Sistema Solar

ρ ∼ 5 3.9 g cm-3

Planetas rocososSi, Ca, Al, Fe

6,500 kmUnidad Astronómica (UA) = 150x106 km

2,400 kmRocas “ligeras” e

hidratadas

Sistema Solar interno Sistema Solar externo

Planetas gigantes Cuerpos menores y planetas enanos

ρ ∼ 1 g cm-3

Gigantes gaseososH2 + He + Hielos

Moléculas CHON C, O, N, HH2O, NH3, CH4, CO, …

ρ ∼ 1-2 g cm-3

Cuerpos helados

Mercurio: 58 Mkm; 0.39 UAVenus: 108 Mkm; 0.72 UA Tierra: 150 Mkm; 1.0 UAMarte: 228 Mkm; 1,5 UAJúpiter: 778 Mkm; 5.2 UASaturno: 1429 Mkm; 9.6 UAUrano: 2875 Mkm; 19 UANeptuno: 4500 Mkm; 30 UAPlutón: 5920 Mkm; 40 UA

Mercurio: 58 Mkm; 0.39 UAVenus: 108 Mkm; 0.72 UA Tierra: 150 Mkm; 1.0 UAMarte: 228 Mkm; 1,5 UAJúpiter: 778 Mkm; 5.2 UASaturno: 1429 Mkm; 9.6 UAUrano: 2875 Mkm; 19 UANeptuno: 4500 Mkm; 30 UAPlutón: 5920 Mkm; 40 UA

Estructura orbital

El sist. solar exterior: KBOs

Masa y composición química

El Sol: 99.8 % de la masa total

Júpiter: 0.095% 317.7 MEarth

Saturno: 0.029% 95.16 MEarth

Urano: 0.004% 14.53 MEarth

Neptuno: 0.005% 17.14 MEarth

Tierra: 0.0003% 5.97x1024 kg

El Sol: 99.8 % de la masa total

Júpiter: 0.095% 317.7 MEarth

Saturno: 0.029% 95.16 MEarth

Urano: 0.004% 14.53 MEarth

Neptuno: 0.005% 17.14 MEarth

Tierra: 0.0003% 5.97x1024 kg

Gradiente químico y de temperatura

Inclinación orbital del eje de rotación

Lentos58-243 days

24 hr Rápidos: 10 - 16 hr

(1) Efectos captura gravitatoriaMercurio: 2 órbitas = 3 rotaciones

(4) Ligeras desviaciones de los periodos primitivos de rotación

(3) Evolución de los periodos de rotación Mareas Tierra-Luna y estabilidad del ángulo de oblicuidad.

(2) Misteriosa rotación retrógrada de Venus

(5) Impactos catastróficos en Urano y Neptuno

Clasificación por tamaños y constitución

Planetas y satélites mayores

Planetas terrestres y

satélites helados

Gigantes gaseosos

Me, Ve, Ti, Ma(Luna)

<ρ>=3.5-5.5 gcm-2

R ~ 2500-6400 km

Ío, Europa, Calisto, GanTitánTritónPlutón

<ρ>=2-3 gcm-2

R ~ 1300-2500 km

J, S

U, N

<ρ>=0.7-1 gcm-2

R ~ 70,000-60,000 km

<ρ>=1.2-1.7 gcm-2

R ~ 25,000 km

SolR~700.000 kmEstrella central

Cuerpos menores

Satélites menores

Asteroides

Cometas

Meteoritos

Anillos

Polvo interplanetario

KBOs

N > 100; <ρ>=2-3 gcm-2, R < 700 km

N > 50000; <ρ>=2-4 gcm-2, 1 km < R < 1000 km N > 3000 con órbitas determinadas

N > 100000; <ρ>=2-4 gcm-2, R ~ 1 - 1000 km

N > 109; <ρ>=1gcm-2, R < 25 km

R ~ micras a metros (bólidos)

R ~ micras a submicras (Luz zodiacal)

R ~ micras a metros

Viento solar Protones, electrones, átomos cargados eyectados por el Sol

Planetas

Los planetas son lugares, no meros puntos de luz visibles en el cielo nocturno.

Cada uno es un mundo únicos con masa, rotación, composición química e isotópica, campo magnético, diferenciación por gravedad de su interior, sometidos a fuentes de energía internas y externas (radiactiva, contracción, mareas) y una rica historia evolutiva.Definición UAI (2006): Un planeta es un cuerpo que…

- Está en órbita alrededor del Sol- Tiene suficiente masa para encontrarse en equilibrio hidrostático (cuasi-esférico) - Ha limpiado su órbita de cuerpos semejantes.

Planetas terrestres y satélites mayores

Planetas terrestres (telúricos) & Lunaρ = 5.5 - 3.5 g cm-3

Satélites helados: ρ = 3.5 - 1.5 g cm-3

Interiores planetas terrestres

(2) Fuentes de energía interna:(2) Fuentes de energía interna:

Radioactividad (K, Th, U)

(1) Interiores diferenciados:(1) Interiores diferenciados:

Corteza- Manto – Núcleo

Manto (SiO2, MgO) – Núcleo (Fe-Ni).

Núcleo sólido

Núcleo líquido

Manto Corteza

Convection & conduction Driver of Plate tectonics

Tectónica de placas: Un próceso único de la Tierra

Estructura de los planetas gigantes

H2

H+(líquido)

Núcleo?Hielos licuados

Hielos licuados(H2O, NH3, CH4)

Fuentes internas de calor:

* Júpiter (calor de formación)* Saturno + precipitación He* Urano?* Neptuno

Campos magnéticosTierra Júpiter Urano

Cinturones de radiación: R < 5 RJ ~ Órbita de Ío

E = 1 - 100 MeV

B ~ 20-40 B Tierra

M ~ 20.000 M Tierra

Magnetotail Extensión ~ 25x106 kmI ~ 1012 Amp

Fuerte emisión sincrotón

Campos magnéticos

Superficies de planetas terrestres: Mercurio y la Luna

Superficie craterizada (Anciana)

Sin atmósfera

Campo magnético inesperado

Mariner 10 (1974-1975)Messenger, (2008-20xx)

Acoplamiento spin-órbita 3-2(rotación 58 días, orbita en 88 días)

Día: 88 días

T: 430ºC (día) - 170ºC (noche)

Un mundo semejante

Tamaño, densidad, órbitas cercanas.

Atmósfera densa, nubes y meteorología.

Antiguos volcanes (quizás activos todavía).

Un mundo de misterios

Rotación retrógrada lenta.

Superrotación atmosférica

Atmósfera densa, 90 atm, 96.5 % CO2.

Temp. Superficiales 460 K (733ºC).

Efecto invernadero desbocado

Origen y evolución de las atmósferas

Nubes brillantes de ácido sulfúrico.

Juventud de la superficie e interacción

atmósfera superficie.

Venus

Maxwell Montes

Superficies de planetas terrestres: Venus

“Venera” 9,10, 13, 14

T rotación ~ 20 hr P sup ~ 1 / 90 bar, 95% CO2, T ~-63ºC (+20ºC,-140ºC) Nubes de CO2 Ciclones y borrascas Orografía Diferencias de temperatura extremas u ~ 50 m/s Una única célula de Hadley por hemisferio

Marte

Superficies de planetas terrestres: Marte

13

Victoria crater, Opportunity rover

Phoenix ices

Superficies de planetas terrestres: Marte

Atmósferas planetarias* Atmósferas de masa diversa

(1) Finas (Exosferas)

Ps < 10-5 bar: Mercurio, Satélites galileanos (Io, Europa, Ganímedes, Callisto), Tritón, Plutón.

(2) Intermedias

Ps = 7x10-3 - 90 bar: Venus, Tierra, Marte y Titan.

(3) Masivas y profundas

P > Kbar-Mbar: Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno.

* Composición química:

Gases y condensables (nubes)

* Dinámica y fuentes de energía:

(1) Rotación planetaria

(2) Térmica (a) Externa (insolation) (b) Internas: Balance energético (procesos radiativos y dinámica atmosférica)

(3) Fricción e interacción con la superficie

Atmósferas planetarias: Delgadas y masivas

Los gigantes gaseosos

Temperaturas:

Jupiter ~ 120 K (-150ºC)

Saturno ~ 85 K (-190ºC)

Urano ~ 60 K (-215ºC)

Neptuno ~60 K (-215ºC)

Vientos:

Jupiter ~ 100 m/s

Saturno ~ 400 m/s

Urano ~ 200 m/s

Neptuno ~ 400 m/s

Único sin fuente interna de calor

Júpiter: Riqueza de fenómenos meteorológicos

• Bandas (Belts) oscuras y zonas (Zones) claras• Vientos estables• Vórtices estables (GRS Great Red Spot)• Tormentas convectivas• Ondas atmosféricas

Robert Hooke, 1666

¿Desaparecida de 1750 a 1880?

Donato Cretti, 1711

Júpiter: Corrientes en chorro, vórtices anticiclónicos y tormentas

Saturno

Voyager 2 (1986)

Urano y Neptuno

Inclinación axial 98º Ciclo estacional: 84 añosAusencia de fuente interna de calor

1996 1998 2002

Keck - AO

Inclinación axial 29.6ºCiclo estacional: 164 añosFuente interna de calor

Satélites de Júpiter

Volcanes activos Océano subsuperficialGrandes fallas de hielo

Campo magnético propioOcéano subsuperficial salado?

Toroide de Plasma de Ío (S+, O+)Nube de átomos neutros (Na, S, O)

Ambiente Magnético de Júpiter y satélites interiores

2 x1012 watios ~3 consumo de los Estados Unidos

I = 1-3 x106 Amp, S = 5x104 km2

El sistema de Saturno

El sistema de Saturno

Satélites de Saturno: Titán

R = 2.500 km, N2, Ps = 1.6 bar, Ts = -1800C Nieblas: CnHn, Nubes: CH4

Rotación lenta = 17 días

Satélites de Saturno: Encélado

D = 500 kmEdad superficie: 1-100 Myrh = 500 m, L = 130 km∆T = 10 K