6 de ago de 2012

Uma breve viagem pelo Sistema Solar

Marlilene Silva Gomes
Estudante do 3º ano do curso técnico integrado de Edificações
CEFET-MG, campus Timóteo



 
Há cerca de 4,6 bilhões de anos uma grande nuvem composta de gás e poeira cósmica começou a se contrair devido à força da gravidade. Com o colapso desta nuvem, começou a concentração de matéria que deu origem ao Sistema Solar.  No início, não existiam o Sol nem os planetas, mas apenas uma concentração de massa que era orbitada por um disco de matéria, que estava se estruturando em anéis. Com o passar do tempo, o Sol foi se formando através da evolução da massa que estava concentrada no centro e os planetas foram se formando através das colisões entre a matéria existente nos anéis do disco. Apenas o anel que fica entre as órbitas de Marte e Júpiter não deu origem a um planeta, resultando no denominado Cinturão de Asteroides.



O Sistema Solar é composto pelo Sol, oito planetas [1], seus satélites naturais, asteroides e cometas. Com exceção de Mercúrio e Vênus, os outros planetas apresentam satélites naturais, como a Lua no caso da Terra. Alguns como Júpiter e Saturno apresentam mais de 60 satélites. O Sistema Solar está localizado na periferia da nossa galáxia, a Via Láctea (Fig. 1). Com suas centenas de bilhões de estrelas, nossa galáxia é apenas mais uma dentre as centenas de bilhões de galáxias que viajam pelo universo.





Figura 1: Galáxia Via Láctea e a localização do Sistema Solar. Fonte: http://www.apolo11.com/via_lactea.php. Acessado em: 27/06/12.




Conforme a 1a Lei de Kepler, os planetas descrevem órbitas elípticas com o Sol ocupando um dos focos. Em ordem crescente de distância média ao Sol (Fig. 2), têm-se Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno.






Figura 2: Planetas em ordem crescente de distância ao Sol. Fonte: http://www.emefnewtonreis.kit.net/sistemasolar.htm. Acessado em: 27/06/12.

Apesar das trajetórias dos planetas serem elípticas, essas trajetórias podem ser consideradas aproximadamente circulares. Por isso, com boa aproximação, chamaremos a distância média do planeta ao Sol de raio da órbita. O período dos planetas e os respectivos raios de suas órbitas obedecem a Lei de Kepler, também chamada Lei dos períodos.
 A Lei de Kepler afirma que: “Os quadrados dos períodos de revolução dos planetas são proporcionais aos cubos dos raios de suas órbitas.”[2]. Considerando uma órbita circular, pode-se demonstrar a terceira Lei de Kepler a partir das Leis de Newton. Por exemplo, considerando um planeta qualquer em torno do Sol (Fig. 3), a força gravitacional (FG) fará o papel da força centrípeta (FC).

Figura 3: Órbita da Terra. Seu raio é aproximadamente igual a 150 milhões de km. Esta figura está muito exagerada, pois, como já foi dito, as órbitas dos planetas são aproximadamente circulares.
 
Pela lei da atração gravitacional de Newton, sabemos que a força existente entre o Sol e o planeta é dada pela seguinte expressão:

Cancelando a massa “m” antes e depois da igualdade e multiplicando os dois lados da equação por “r²”:

Então, tem-se:




Assim tem-se, finalmente, a terceira Lei de Kepler: T²/r³ = K (constante).




Esta lei diz que quanto mais distante o planeta estiver do Sol, maior será o tempo que ele levará para completar uma volta em torno do Sol, conforme mostra a tabela a seguir.


Planetas
Raio da órbita*
Raio da órbita em UA**
Períodos em anos terrestres
Terra
149,6
1,000
1,000
Mercúrio
57,9
0,387
0,241
Vênus
108,2
0,723
0,615
Marte
227,9
1,523
1,882
Júpiter
778,4
5,203
11,870
Saturno
1.423,60
9, 512
29,458
Urano
2.870,90
19,191
84,100
Netuno
4.497,50
30,064
164,790

* Distância em milhões de quilômetros. ** Unidade Astronômica (UA): toma-se como referência a distância da Terra ao Sol (149.597.870km).
Tabela 1: Relação entre os períodos dos planetas e as distâncias médias ao Sol.

Conforme se pode observar na tabela acima, como Mercúrio está mais próximo do Sol, seu período é muito menor do que o de Netuno, que está a aproximadamente 30 UA do Sol.


De toda a massa que compõe o Sistema Solar, o Sol possui mais de 99,8%, Júpiter possui 0,1% e o restante é constituído pelos demais planetas e pelos outros corpos celestes. Entre os planetas, existe o meio interplanetário, composto por poeiras e gases, os quais são compostos por partículas sólidas microscópicas e um fluxo de gás de partículas carregadas decorrente dos ventos solares. Além disso, também existe o Cinturão de Asteroides, que orbita o Sol no espaço entre Marte e Júpiter.


Para se visualizar uma comparação do tamanho do Sol em relação aos planetas, podemos fazer uma mudança de escala. Se o Sol tivesse 80 centímetros de diâmetro, os planetas teriam os seguintes tamanhos e as respectivas distâncias médias ao Sol [3]:




Sol = 80 cm
Planeta
Diâmetro (mm)
Distância ao Sol (m)
Mercúrio
2,90
33,20
Vênus
7,00
62,10
Terra
7,30
86,00
Marte
3,90
131,00
Júpiter
82,10
447,10
Saturno
69,00
821,80
Urano
29,20
1649,40
Netuno
27,90
2586,20

Tabela 2: Sistema solar em escala.




Percebe-se que o Sol é aproximadamente nove vezes maior que Júpiter, o maior planeta do Sistema Solar, e 110 vezes maior que a Terra. Também é possível notar que se o Sol tivesse um metro de diâmetro, a Terra teria aproximadamente um centímetro de diâmetro e a distância entre eles seria próxima do comprimento maior de um campo de futebol.


Pode-se comparar também a distância dos planetas ao Sol e suas respectivas equivalências ao diâmetro terrestre, que é aproximadamente igual a 12.726 km.


Órbitas
Quantos diâmetros terrestres equivalem à distância do planeta ao Sol?
Planeta
Distância*
Equivalência (diâmetros terrestres)**
UA
Terra
149,6
11.755,50
1,000
Mercúrio
57,9
4.549,70
0,387
Vênus
108,2
8.502,30
0,723
Marte
227,9
17.908,00
1,523
Júpiter
778,4
61.166,10
5,203
Saturno
1.423,6
111.865,50
9,512
Urano
2.870,9
225.593,30
19,191
Netuno
4.497,5
353.371,05
30,064

* Distância em milhões de quilômetros. ** Diâmetro da Terra: 12.726 km.
Tabela 3: Distância dos planetas ao Sol em diâmetros terrestre.





Com estes dados podemos comparar nosso Sistema Solar com um átomo de hidrogênio (H). Imagine a seguinte curiosidade: Se ampliarmos o átomo de Hidrogênio até que seu núcleo fique do tamanho do Sol, onde ficaria o seu elétron? Ele estaria, comparativamente, perto da órbita de qual planeta? Ao receber essa pergunta do astrônomo amador Paulo Cézar, o prof. Fábio Rodrigues (CEFET-MG) fez as contas. Segundo o professor, “o elétron ficaria a uma distância do núcleo equivalente a 7,4 vezes a distância do Sol até Plutão! Ou seja, proporcionalmente falando, o primeiro elétron de um átomo está extremamente longe do seu núcleo. A comparação é muito intrigante porque revela a enorme quantidade de espaço vazio em um átomo. Consequentemente, damo-nos conta do quão fragmentada é a matéria. Só não percebemos isso no dia a dia, devido ao tamanho absolutamente diminuto de um átomo.” [4].





Desde a antiguidade, os astrônomos perceberam que alguns astros se moviam em relação às estrelas. Então eles passaram a chamar estes astros de planetas, já que esta palavra de origem grega significa errante. Assim os planetas são astros com movimentos errantes. Já a origem dos nomes dos planetas está relacionada à mitologia Greco-Romana, sendo: Mercúrio - o mensageiro dos deuses; Vênus - a deusa do amor; Terra - o nome da deusa romana esposa de Céu; Marte - o deus da guerra; Júpiter - o deus dos deuses; Saturno - o deus da agricultura; Urano - o deus dos céus; e Netuno - o deus dos mares.





Podem-se dividir os planetas em dois grupos, os planetas Terrestres e os planetas Jovianos. Eles estão separados pelo cinturão de asteroides, que está situado entre as órbitas de Marte e Júpiter. Os planetas Terrestres são Mercúrio, Vênus, Terra e Marte; estes são pequenos, com pouca massa, compostos de elementos pesados e possuem a superfície sólida. Estão mais próximos do Sol e não possuem anéis. Já os planetas Jovianos são Júpiter, Saturno, Urano e Netuno; estes são gigantes em relação aos planetas Terrestres (ver tabela abaixo), são formados praticamente por hidrogênio e hélio, sendo assim planetas gasosos com pouca densidade. Bem mais distantes do Sol, eles possuem anéis e vários satélites.




Diâmetros dos planetas em relação ao diâmetro da Terra
Planeta
Diâmetro (km)
Diâmetro (diâmetro terrestre)
Terra
12.726
1,000
Mercúrio
4.879
0,383
Vênus
12.103
0,951
Marte
6.780
0,533
Júpiter
142.984
11,236
Saturno
120.536
9,472
Urano
51.118
4,017
Netuno
49.528
3,892
Tabela 4: Diâmetro dos planetas em relação à Terra.








Mercúrio (Fig. 4), o mensageiro dos deuses na mitologia greco-romana, recebeu este nome por ser o mais rápido dos planetas visto da Terra. Sendo o mais próximo do Sol, este planeta apresenta uma atmosfera praticamente nula. Devido a isso o céu de Mercúrio é sempre negro, já que a atmosfera existente não consegue espelhar a luz solar recebida.





Figura 4: Mercúrio. Fonte: http://www.apolo11.com/tema_astronomia_mercurio.php. Acesso em: 30/04/12.

Ao contrário do que se pode imaginar, Mercúrio não é o planeta mais quente, mas sim Vênus (Fig. 5), por ser envolvido por grandes nuvens de gases. Sua densa atmosfera prende em seu interior grande quantidade de calor provindo do Sol. Além disso, as nuvens de gases contêm gotículas de ácido sulfúrico que impedem a visão do seu interior. Vênus é o único planeta cujo período de rotação (seu dia), aproximadamente igual a 243 dias terrestres, supera seu período de translação (seu ano), que equivale a 224 dias terrestres. Ou seja, o dia de Vênus tem maior duração do que seu ano.




Figura 5: Vênus. Fonte: http://www.apolo11.com/tema_astronomia_vênus.php. Acesso em: 30/04/12.

Graças a sua temperatura média em torno dos 22 graus centígrados na superfície, a Terra (Fig. 6) é o único dos planetas que possui água no estado líquido, o que possibilita também a existência da vida. Seu satélite natural, a Lua, originou-se do choque de um objeto grande com a Terra. A força gravitacional entre a Lua e a Terra é a mesma que causa nos mares e oceanos o fenômeno conhecido como maré.




Figura 6: Terra. Fonte: http://www.cdcc.usp.br/cda/aprendendo-basico/sistema-solar/Slide15-terra.jpg. Acessado em: 13/07/2012.



Marte, também chamado de Planeta Vermelho, é o planeta que mais mexe com a imaginação das pessoas, já que era considerado um dos principais planetas com chances de abrigar vida extraterrestre (Fig.7). Porém, essa hipótese não foi confirmada até hoje. Várias sondas já foram enviadas para Marte, sendo a primeira Mariner 4, em 1995, seguida das duas sondas Viking, em 1976. Estas sondas foram enviadas com o objetivo de estudar a superfície do planeta.




Figura 7: Marte. Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/astron/mars.html. Acessado em: 27/06/12.


 

A coloração avermelhada de Marte se deve à grande quantidade de substâncias de óxido de ferro. Estudos também comprovaram que no polo norte do planeta existe água congelada (Fig. 8). Já no polo sul, a maior parte do gelo é formada por dióxido de carbono congelado.




Figura 8: Polo Norte de Marte. Fonte: http://www.if.ufrgs.br/ast/solar/portug/mars.htm. Acessado em: 27/06/12.



O maior planeta do Sistema Solar, Júpiter (Fig. 9), é um gigante gasoso de tamanho não muito menor do que certas estrelas. Possui mais de 60 satélites, sendo os mais importantes Calisto, Europa, Ganimedes e Io; chamados de satélites Galileanos por terem sido observados por Galileu entre 1609 e 1610 (Fig.9). Ao contrário de Saturno, famoso pelos seus brilhantes anéis, Júpiter possui ao seu redor um anel bastante fino e escuro, não sendo possível a sua observação com os telescópios usuais.



Figura 9: Júpiter e seus satélites. Fonte: www.discoverybrasil.uol.com.br.



O segundo maior planeta de nosso Sistema Solar, perdendo apenas para Júpiter, Saturno é o único planeta em que se podem observar os anéis através dos telescópios usuais (Fig.10). Com uma luneta extremamente simples, seus anéis quase foram observados por Galileu no século XVII [5]. Devido a sua rápida rotação e seu peso leve para seu tamanho, Saturno se apresenta achatado nos polos. O planeta possui ao seu redor vários satélites, sendo Titã o mais conhecido.





Figura 10: Saturno. Fonte: http://www.apolo11.com/tema_astronomia_saturno.php. Acessado em: 30/04/12.



Urano, pai de Saturno e avô de Júpiter na mitologia Greco-Romana, apresenta uma coloração azul esverdeada devido à presença de hidrogênio e metano em sua atmosfera. Por possuir uma grande inclinação em seu eixo de rotação, sendo quase paralelos ao seu plano orbital, os polos de Urano se aquecem mais do que sua região equatorial. Além disso, por causa de sua grande inclinação, os seus anéis podem ser observados de frente (Fig. 11).




Figura 11: Urano e seus anéis.
Fonte: www.pgie.ufrgs.br/portalead/oei/solar/solar18.htm. Acessado em: 27/06/12.



Netuno, o deus dos mares, recebeu este nome por possuir uma coloração azulada como a dos mares e oceanos (Fig. 12). Foi descoberto em 1846, em Berlim, por Johann Gottfried Galle. Para orbitar o Sol ele leva 165 anos, tendo completado a sua primeira órbita no ano de 2011 desde que foi descoberto. Como todos os planetas Jovianos, Netuno também possui anéis.




Figura 12: Netuno. Fonte: http://www.apolo11.com/tema_astronomia_netuno.php. Acessado em: 27/06/12.




Com toda a sua complexidade e beleza, a existência do nosso sistema só é possível graças ao campo gravitacional solar. Apesar de o Sistema Solar ser relativamente velho, muito pouco se sabe sobre ele ainda. Mesmo com o auxílio de toda a tecnologia que existe atualmente, o homem ainda não é capaz de desvendar todos os mistérios do Sistema Solar. Com os contínuos avanços científicos e tecnológicos, esperamos sempre compreender um pouco mais de nosso sistema a cada dia.




[1] Em 2006 a União Internacional de Astronomia se reuniu e decidiu que, devido ao seu pequeno tamanho, Plutão não seria mais considerado um planeta.
[2] GUERRINI, Iria Müller. “O Movimento Gravitacional e as Leis de Kepler”. Disponível em: http://educar.sc.usp.br/sam/kepler_roteiro.html. Acesso em 31 jul. 2012.
[3] PAVÃO, Antônio Carlos (Coord). “Ciências: ensino fundamental”. Brasília: Ministério da Educação, Secretaria de Educação Básica, 2010. 212 p. il. (Coleção Explorando o Ensino; v. 18)
[4] RODRIGUES, Fábio. “E se o próton fosse do tamanho do Sol?” Disponível em: http://astronomianovaledoaco.blogspot.com.br/2011/02/e-se-o-proton-fosse-do-tamanho-do-sol.html. Acesso em 31 jul. 2012.
[5] DINIZ, Leonardo Gabriel. “Galileu Galilei: o mensageiro das estrelas”.Disponível em: http://www.astronomianovaledoaco.blogspot.com.br/2012/03/galileu-galilei-o-mensageiro-das.html. Acesso em: 31 jul. 2012.

2 comentários:

  1. Eu e meus amigos íamos fazer uma maquete em escala do sistema solar...
    Mais depois de ver esses dados acho que teremos que pensar em outra coisa he he.

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    Respostas
    1. Você pode fazer a maquete usando apenas uma das variáveis (distância em relação ao sol, massa ou tamanho do corpo celeste) como base de cálculo.

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