02_Planetas_2015 -M-CH-2
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Planetas
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Propiedades bsicas de los planetas
Distancia Tamao y forma Masa, densidad, momento de inercia Rotacin y ngulo de inclinacin Temperatura Composicin de la superficie y la atmosfera Composicin interna Campo magntico
2
Cmo se puede medir esas propiedades de planetas lejanos?
Y cmo sabemos algo del interior de nuestra planeta?
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Distancia
Distancias relativas de los planetas en el sistema solar
Cmo las
podemos medir?
https://airandspace.si.edu/exhibitions/exploring-the-planets/online/ss/SOLSfromsun.jpg
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Distancia
Paralaje estrella lejana
Enero
Junio
4
Pero cmo sabemos el valor de ?
= 1 Astronomical Unit (AU)
2
"#/"%= tan
-
Distancia
Paralaje
Junio
Enero
2= -
5
Las estrellas distantes tienen mucha menos paralaje que los planetas
-
Tamao y forma
6
-
Tamao y forma
Tamao angular
7 Usando la distancia, se puede medir el radio
-
Tamao y forma
Ocultacin: La cantidad de luz del Sol bloqueada por un planeta cuando pasa por delante nos informa sobre su tamao. El tiempo que dura esta ocultacin nos informa de su velocidad orbital. El cambio en el brillo del planeta debido a su movimiento nos informa del tamao y forma de la rbita
1
2
3
1
1
2
3
2
3
tiempo
Lu
min
osid
ad
8
-
Masa
La masa se puede determinar a partir de la fuerza gravitacional
Las rbitas de los
planetas y la duracin del ao (es decir, el periodo de la rbita) sirve para deducir la masa del planeta
Para tierra P = 1 ao = 3.156107 s a = 1.4961011 m G = 6.673 10-11 m3 kg-1 s-2
por lo tanto: Msol = 1.9886 1030 kg
a
9 Leyes de Kepler: https://www.youtube.com/watch?v=6TGCPXhMLtU
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Densidad
La densidad aparente es:
Pero la densidad en el interior de los planetas no es homognea
Fe
10
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Densidad
Se define como la densidad de sus materiales a presin cero.
Con la densidad decomprimida se puede comparar la abundancia de elementos pesados y livianos entre distintos planetas.
Planeta
Masa
(Mtierra)
densidad aparente
(g/cm3)
densidad decomprimida
(g/cm3)
Mercurio
0.06
5.44
5.4
Venus
0.85
5.24
3.97
Tierra
1
5.52
4.03
Luna
0.012
3.34
3.3
Marte
0.11
3.93
3.71
Jupiter
318
1.3
0.3
Saturno
95
0.7
0.3
Urano
15
1.3
0.5
Neptuno
17
1.6
0.5
11
La densidad decomprimida:
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Momento de inercia
El momento de inercia es una medida de la resistencia de un objeto a cambios en la direccin de rotacin y depende de la distribucin de masa.
M, R
I = 0.4 M R2
I = 0.67 M R2
I = 0.33 M R2
12
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Momento de inercia
Planeta
I
(MR2)
Implicaciones
Mercurio
0.33
Ncleo denso
Venus
0.33
Ncleo denso
Tierra
0.33
Ncleo denso
Luna
0.393
casi sin ncleo
Marte
0.366
Nucleo denso pequeo
Jupiter
0.254
Ncleo denso, cascarn de gas
Saturno
0.210
Ncleo denso pequeo, cascarn de gas
Urano
0.23
Ncleo denso pequeo, envoltura de gas
Neptuno
0.29
Ncleo denso ms grande, envoltura de gas
Sol
0.06
ncleo muy denso, envoltuda de gas
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Rotacin
ngulo de inclinacin (oblicuidad) y longitud del da
Sol
0
Mercurio
-
Topografa
Mars
Mercury
15
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Temperatura
La temperatura del planeta depende principalmente de la distancia orbital (distancia entre la estrella y el planeta)
La intensidad de la radiacin solar
sobre un rea A (es decir, el flujo) disminuye cuando la superficie A se aleja del sol.
El calor interno y el efecto invernadero pueden cambiar la temperatura del planeta.
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Materiales
Gas: Atmsferas de los planetas gaseosos con composiciones solares (H, He) y de los planetas internos, con composiciones no-solares (N2, O2, CO2, etc).
Hielo: principalmente H2O, CO2, CO, NH3, y CH4 (voltiles).
Roca: Cortezas y mantos. Principalmente silicatos, es decir xidos de Si y Al. Se encuentran principalmente en la parte interior del sistema solar debido a las altas temperaturas.
Metal: ncleos planetarios. Principalmente Fe y Ni. 17
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Atmsferas planetarias
La formacin de las atmsferas planetarias depende de un balance entre la temperatura del gas y la atraccin gravitatoria del planeta.
Velocidad de escape:
velocidad necesaria para que un objeto escape a la fuerza
gravitacional
vp>vesc
vp
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Atmsferas planetarias
La energa cintica de las partculas de un gas a temperatura Ts es
constante de Boltzmann
Para que una molcula gaseosa no escape de un planeta, su velocidad debe ser menor que la velocidad de escape
Altura sobre la superficie del planeta
Masa total del planeta
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Atmsferas planetarias
La velocidad de escape depende de la masa de las especies moleculares y de su temperatura.
As que se puede hacer una grfica que dice qu especies son estables para cada planeta.
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http://ircamera.as.arizona.edu/astr_250/Lectures/Lec_05sml.htm
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Atmsferas planetarias Qu controla la temperatura de las molculas gaseosas? Luminosidad:
energa que emite un cuerpo celeste
Albedo: coeficiente de reflexin de la luz, indica la cantidad de
energa recibida por un cuerpo celeste que es reflejada
La energa por unidad de rea que recibe del sol es :
Radiacin solar
(depende de la distancia orbital)
L = luminosidad
a
R
A = albedo
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Atmsferas planetarias
La energa por unidad de rea perdida debido a la radiacin es
En equilibrio, Eout = Ein, luego: constante de Stefan-Boltzmann
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Estructura de La Tierra
Capas de la Tierra: Atmsfera
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Biosfera "The place on Earth's surface where life dwells"
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Interior de la Tierra
Discontinuidad de Lehmann (ICB)
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Diferenciacin
Es el proceso por el cual los elementos ms pesados en un planeta derretido se van hacia el centro debido a la fuerza de gravedad.
Este proceso crea cascarones esfricos con densidad mayor en la parte central.
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Diferenciacin
Manto liviano
Hierro
Ncleo interno slido (5150km a 6370km)
Ncleo externo lquido
(2891km a 5159km)
Manto
(40km a 2891km)
Corteza
(5km a 40km)
27
Tiempo
-
Corteza
28
-
Manto
29
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Ncleo
J. Aubert (IPGP)
30
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Magnetosfera
Magnetosfera: es la zona de influencia del campo magntico de un planeta alrededor del mismo que afecta particulas cargadas. La magnetosfera se genera si:
1.Existe un dnamo planetario.
2.Existe una magnetizacin de las rocas de la corteza
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Magnetosfera
32 http://blogs.jccc.edu/astronomy/textbook/unit-three-planets-and-planetary-systems/chapter-11-jovian-planets/
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Magnetosfera
viento solar
cinturones de Van Allen
Tierra
magnetosfera
magnetosfera
Envoltura magntica
corrientes de magnetocola
magneto
pausa
manetopausa
33 viento solar Envoltura magntica h
ttps
://w
ww
.you
tube
.com
/wat
ch?v
=4D
oRT
JpO
Q7s
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Exoplanetas (o planetas extrasolares)
Velocidad radial: Se mide la velocidad con
la que la estrella se aleja y se acerca debido al movimiento del planeta.
Trnsitos: Se mide la diferencia en
luminosidad causada por la sombra que hace el planeta al pasar frente a la estrella
http://planetquest.jpl.nasa.gov/news/SIM-Beichman_image.html
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Exoplanetas (o planetas extrasolares)
90
00
95
05
10
Ao
Nm
ero
de p
lane
tas
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Velocidad radial
Trnsitos
Imagen directa
Microlentillas gravitacionales
Cronometraje
90
100
110
35