Programação
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DATAS DAS PROVAS
P1 - 24/09/2019
P2 - 26/11/2019
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A vida das estrelas.
Uma breve discussão dos processos de nascimento de estrelas, de produção de energia, sintetização de elementos químicos, do tempo de vida e das fases finais de existência. Pretende-se mostrar a importância das estrelas na evolução química do universo e na composição química dos corpos que formam seus sistemas planetários e da possibilidade de desenvolvimento da vida. Esta abordagem ajuda a compreender as características do Sistema Solar, que é o sistema planetário do Sol.
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Formação e Estrutura do Sistema Solar
Para entender a composição e a distribuição de massa do Sistema Solar é preciso desvendar e entender os processos físicos que ocorreram há 4,6 bilhões de anos e resultaram na configuração atual. Por que os planetas são tão distintos e estão nas órbitas em que se encontram? Dúvidas semelhantes existem em relação aos satélites e corpos menores, como asteroides, cometas e objetos congelados da região trans-netuniana. Neste tópico vamos fazer uma breve discussão histórica das teorias de formação do Sistema Solar e nos concentrar na teoria nebular. Ela é a que explica melhor a estrutura do sistema planetário solar, a semelhança na composição química do Sol e demais corpos, e tem sido comprovada por observações modernas de sistemas planetários em formação.
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Planetas Extrassolares (Exoplanetas).
A possibilidade de existência de outros locais que pudessem abrigar vida, planetas girando em torno de outros "sóis", tem sido questionado há séculos. No século V a.C. os gregos Leucipo de Mileto e, posteriormente, seu discípulo Demócrito de Abdera desenvolveram uma teoria sobre a constituição da natureza, chamada "atomismo", segunda a qual a realidade se compõe de partículas indivisíveis de natureza idêntica, os “átomos”, e de vácuo. Leucipo dizia: “Assim surgem os mundos. Corpos de todos os tamanhos e formas movem-se do infinito em um grande vácuo; lá eles juntam-se, rodopiam e formam um único vórtice, uns colidindo com outros, revolvendo de todas as maneiras, e começam a separar-se uns dos outros”.
A primeira procura sistemática de exoplanetas foi feita por Christian Huygens (1629-1695), documentada no final do século 17. Porém, pode-se dizer que o início das pesquisas mais consistentes deu-se apenas no começo do século passado. Em 1916, o astrônomo americano Edward Emerson Barnard descobriu que uma estrela pequena e avermelhada da constelação do Ofiúco, visível com auxílio de telescópio e distante de nós cerca de 6 a.l., bamboleava em torno de uma determinada posição. Essa estrela ficou conhecida como “estrela de Barnard”. Em 1950, o astrônomo holandês Peter van de Kamp concluiu a análise das quase duas mil placas fotográficas da estrela de Barnard. Seus cálculos sugeriam a presença de um planeta, com massa equivalente a 1,6 a massa de Júpiter (MJ). Refinando seus cálculos, van de Kamp concluiu existirem dois planetas, com massas de 0,7 MJ e 0,5 MJ. Esses planetas jamais foram confirmados. A primeira confirmação de um exoplaneta ocorreu em 1995, ano em que van de Kamp morreu. Esse planeta foi encontrado junto à estrela 51 da constelação Pégaso. Desde então, as técnicas de observação e os instrumentos evoluíram muito e a quantidade de exoplanetas identificados cresce assintoticamente.
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Evolução dos modelos cosmológicos, gravidade e Forças
No séc. 2, o astrônomo Claudio Ptolomeu reuniu em seu tratado Almagesto (palavra árabe que significa 'O Maior') praticamente todo o conhecimento astronômico até a sua época. Almagesto é uma obra composta de 13 livros e um catálogo com cerca de mil estrelas, o mais completo da Antiguidade. Descrevia ainda o geocentrismo, modelo cosmológico do mundo, formado por esferas concêntricas em cujo centro encontrava-se a Terra. Resgatando uma ideia antiga de Aristarco (280 a.C.), da cidade de Samos, na Grécia, Nicolau Copérnico introduz o modelo heliocêntrico, que explicava com mais simplicidade os movimentos retrógrados dos planetas. Tycho Brahe (séc. 16), o maior astrônomo observacional da era pré-telescópica, reuniu uma enorme quantidade de observações e tinha sua argumentação para justificar seu modelo cosmológico, um misto de geocentrismo e heliocentrismo. Com os dados de Brahe, Johannes Kepler verificou que a órbita de Marte não poderia ser representada por um círculo, mas sim por uma elipse. Ele sintetizou seus estudos em 3 leis de movimento, que, juntamente com os estudos de movimento de Galileu Galilei, permitiram a Isaac Newton elaborar sua Teoria da Gravitação Universal no séc. 17. No início do séc 20, Albert Einstein elabora a Teoria da Relatividade Geral, interpretando a gravidade como deformação do tecido espaço-tempo. O tempo deixou de ser uma grandeza física independente e invariável.
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Dinâmica do Sistema Solar
A partir das três leis empíricas de Johannes Kepler e das leis da dinâmica dos movimentos de Galileu Galilei, Isaac Newton formalizou a Teoria da Gravitação Universal e suas 3 leis de movimento. Para tanto, Newton também desenvolveu ferramentas matemáticas específicas para exprimir as relações entre as grandezas relevantes da mecânica, criando o método das derivadas em relação ao tempo e o cálculo integral. O cálculo diferencial e integral foi desenvolvido paralelamente pelo filósofo alemão Gottfried Wilhelm Leibniz. A notação para diferenciais e derivadas usadas atualmente são as adotadas por Leibnitz. Neste tópico, descreveremos resumidamente os caminhos matemáticos que levam às conclusões de Newton.
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Terra e Lua
Segundo a hipótese do Grande Impacto, a Lua surgiu como consequência do choque entre a Terra primitiva e Theia, um planeta formado nas imediações da Terra. Esse impacto teria ocorrido nos primórdios da formação do Sistema Solar, há cerca de 4,5 bilhões de anos. É a Lua que dá estabilidade ao eixo de rotação da Terra, mantendo-o em torno de 23,5° em relação à vertical do plano que contém a órbita terrestre., Não fosse a Lua, a inclinação do eixo de rotação da Terra oscilaria como o de Marte e as mudanças climáticas seriam dramáticas. Talvez a vida não tivesse evoluído de maneira tão complexa. Neste tópico vamos abordar as fases e os meses lunares, os eclipses solar e lunar, as forças de maré na Terra e na Lua e suas implicações, e a recessão da órbita lunar.
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Estrutura interna de planetas e satélites e magnetosferas
Os modelos de interior planetário são baseados em cálculos numéricos e dados de laboratório dos materiais disponíveis, como rochas terrestres e meteoritos, que são fragmentos de corpos planetários que caem na superfície terrestre. Essas amostras rochosas fornecem pistas sobre a origem, evolução e estado atual dos corpos planetários. Os perfis radiais de parâmetros físicos como densidade, pressão, temperatura, composição química e outros determinados por modelos teóricos devem refletir as propriedades observadas dos objetos. Este tópico concentra a discussão nas equações básicas e parâmetros físicos que permitem modelar a estrutura interna dos planetas e satélites.
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Os Planetas Rochosos
Mercúrio, Marte, Vênus e Terra são os planetas rochosos, na ordem crescente de tamanho e massa. Todos são compostos de rochas, boa parte rica em basalto, material de origem vulcânica. Várias características de superfície são parecidas e decorrentes de processos geológicos comuns. No entanto, cada um desses planetas tem características próprias. Mercúrio tem núcleo enorme se comparado ao tamanho do planeta. Vênus tem quase o tamanho da Terra, mas sua superfície é muito diferente da superfície terrestre e suas condições climáticas são totalmente diferentes daquelas encontradas na Terra. Marte é um planeta pequeno, que evoluiu rapidamente, teve água nos três estados (sólida, liquida e gasosa) mas é muito árido atualmente. O objetivo deste tópico é analisar essas diferenças.
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Aquecimento e Temperatura
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Atmosferas Planetárias.
O termo atmosfera é genérico, pode indicar um envólucro gasoso permanente que envolve planetas e satélites como um envólucro gasoso efêmero envolvendo cometas e, às vezes, asteroides. Neste tópico trataremos mais especificamente das atmosferas permanentes existentes nos planetas e alguns satélites.
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Satélites planetários.
Satélites, são corpos que orbitam planetas, planetas-anões e asteroides. Alguns são rochosos como a Lua, outros são recobertos por gelo, porém apenas alguns têm atmosfera. Os satélites Ganimedes e Titã são maiores que Mercúrio. Io é um pouco maior que a Lua e Europa é um pouco menor. Oito satélites têm entre 1.000 e 1.500 km de diâmetro, mas a grande maioria é de objetos pequenos. Io, satélite de Júpiter, é o corpo que apresenta a maior atividade vulcânica do Sistema Solar. Pela diversidade das características que apresentam os satélites nos ajudam a desvendar detalhes da formação deles e de seus planetas.
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Asteroides.
Asteroide, palavra de origem grega que significa "semelhante à estrela", são corpos menores de composição química rochosa, alguns contendo água congelada abaixo da superfície. Os asteroides são relativamente pequenos e com formas e tamanhos diversos. Os maiores são aproximadamente esféricos. A maior parte deles está concentrada no Cinturão Asteroidal, ou Cinturão Principal, orbitando o Sol em trajetórias quase circulares. Mas há asteroides com órbitas bem elípticas, alguns cruzando a órbita da Terra. O primeiro asteroide foi descoberto no primeiro dia do ano de 1801, pelo astrônomo italiano Giuseppe Piazzi, e foi denominado Ceres, hoje classificado como planeta-anão. Os asteroides maiores receberam nomes próprios, mas a grande maioria é identificada por uma sigla.
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Cometas
Certamente, os cometas são os astros que mais fascinaram o ser humano. Sêneca (4 a.C.-65 d.C.), em seu Livro VII de Naturales Quaestiones, exemplifica muito bem este aspecto quando diz: "Não há mortal tão apático, tão obtuso, tão voltado para a terra, que não se aprume e se oriente, com todas as forças do pensamento, para as coisas divinas, sobretudo quando algum fenômeno insólito aparece nos céus... Quando aparecem esses corpos (os cometas) de chama, com forma rara e insólita, todos querem ver como eles são, esquecem-se de tudo para se indagar sobre a novidade. Não se sabe se deve admirar ou temer, pois, nunca falta quem se aproveite para semear o medo prognosticando coisas terríveis" ("Cometas: do mito à ciência", Oscar T. Matsuura, Ícone Editora, pág.9, 1985). Talvez o papel mais marcante dos cometas na vida do ser humano seja a possibilidade de eles serem as principais fontes de compostos orgânicos e água.
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Objetos transnetunianos
Os Objetos Trans-Netuniano, designados pela sigla inglêsa TNOs (Trans-neptunian Objects), são corpos gelados encontrados no Sistema Solar externo com distâncias orbitais médias maiores que a de Netuno. Plutão é um TNO , assim como todos os objetos no Cinturão de Kuiper - um cinturão localizado basicamente no plano de eclíptica composto de corpos rochosos ricos em voláteis congelados. É uma região vasta, densa de corpos, porém de difícil acesso; as distâncias são enormes, os corpos são relativamente pequenos e as órbitas são elípticas.
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Visitantes interestelares
Visitantes interestelares
Há muito tempo se aventa a possibilidade real de corpos oriundos de ouros sistemas planetários adentrarem o Sistema Solar, ou mais precisamente atravessarem a região interna onde estão os planetas. Essa possibilidade é apoiada teoricamente pelo mecanismo de formação de um sistema planetário em torno de uma estrela. Durante o processo de aglutinação de matéria do disco protoplanetário, os planetesimais, ou mesmo planetas menores, podem ter suas órbitas perturbadas a ponto serem expulsos do sistema planetários em formação. As velocidades orbitas desses corpos, adquiridas na interação com os planetas gigantes de de planetas gigantes, supera a velocidade de escape da sistema e suas órbitas passam a serem abertas, na forma de parábola ou hipérbole.
Recentemente tivemos dois casos desses: 1I/`Oumuamua e 2I/Borissov, ambos com órbitas hiperbólicas. O primeiro se parece mais com asteroide e o segundo mais com cometa.
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Meteoroides (Fragmentos Rochosos).
Pelo espaço interplanetário vagam fragmentos rochosos, com tamanhos variados, de 0,1 mm e 10 m, genericamente denominados meteoroides. Um objeto maior que 10 m é considerado asteroide, e menor que 0,1 mm é considerado grão de poeira (ou micrometeoroide). Ao cair na Terra o meteoroide sofre atrito com os gases atmosféricos, é parcialmente vaporizado e produz um rastro luminoso denominado meteoro (a popular estrela cadente). Uma chuva de meteoroides pode apresentar até milhares de meteoros por hora, produzindo traços luminosos que parecem provir de uma direção específica do céu. seus nomes estão associados às constelações de onde parecem surgir - Aquáridas (Aquário), Perseidas (Perseu), Dracônidas (Dragão) e outros - ou aos cometas - Halley, Swift-Tuttle, Giacobini-Zinner e outros.
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Sol: a estrela do Sistema Solar
Sem o Sol o Sistema Solar não existiria. Mas o Sol também é uma estrela e de tipo bem definido. Ele exibe algumas semelhanças com outras estrelas da Galáxia, ao mesmo tempo em que se diferencia de inúmeras outras. Com base nisso, podemos analisar o Sol sob dois pontos de vista: como componente do Sistema Solar, considerando apenas suas características mais gerais. E, também, sua interação com a Terra e demais corpos do Sistema Solar. (Vera Jatenco-Pereira 2011. O Céu que nos envolve, Cap. 06, ISBN: 978-85-7876-021-2).
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