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Sistema SolarGregorio José Molina Cuberos

Depto. Física, Universidad Murcia

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Índice

• Propiedades generales del Sistema Solar

• Los grandes cuerpos: el sol y los planetas

• Las grandes lunas

• Cuerpos menores

• Asteroides

• Cometas

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Sistema Solar

El Sistema Solar en Números

• Una estrella, Sol

• Ocho planetas

• Unos cientos de satélites

• Centenares de miles de asteroides

• Millones (¿de millones?) de cometas

1 PROPIEDADES

Propiedades

• Los grandes cuerpos en la eclíptica (Plutón no)

• Planetas y lunas giran en el mismo sentido (Tritón no)

• Eje de rotación paralelo al de traslación (Urano no)

• Velocidad de rotación en el mismo sentido que la traslación (Venus no)

• Satélites mucho menores que los planetas (Luna no)

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Más números ...

Planeta Diámetro(Tierra=1)

Masa(Tierra=1)

Densidadmedia

(gm/cm³)

Periodo Orbital (Años)

MercurioVenusTierraMarte[Asteroides]JúpiterSaturnoUranoNeptuno

0.380.951.000.53

-11.29.54.03.9

0.060.811.000.11

-318951517

5.45.35.54.0-

1.30.71.31.6

0.240.621.001.88

-122984

165

0.390.721.001.52

[media = 2.77]5.29.51930

Distancia al Sol

(Tierra=1)

1 PROPIEDADES

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Línea helada

Envoltura de hidrógeno y helio

Protosol

Planetesimales rocosos

Planetesimales de roca e hielo

Dime de donde vienes y te diré cómo eres

• El tamaño y composición de los planetas depende del lugar donde se formaron en la nebulosa solar. La temperatura disminuye con la distancia al del protosol.

• La línea azul muestra el límite de congelación del agua. La retención de hielo implica que los planetas cuenten con mayor masa => mayor gravedad => crecen más.

1 PROPIEDADES

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Los Planetas Terr. Jov.

Masa y tamaño Baja Alta

Densidad Alta Baja

Superficie Sólida ¿?

Distancia al Sol Cerca Lejos

Temperatura Alta Baja

Satélites Pocos Muchos

Anillos NO SI

1 PROPIEDADES

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Júpiter, planeta gaseoso (H, He)

Tipos de Atmósferas

• Planeta gaseoso. Su alta gravedad ha retenido la atmósfera primigenia originada a partir de la nebulosa solar. El grado de evolución no se conoce completamente.

• Planeta terrestre. La atmósfera inicial ha sido perdida totalmente, su composición actual es el resultado de la evolución, actividad tectónica, material externo (cometas) y, en el caso terrestre, la vida.

Venus, atmósfera con efecto invernadero extremo (CO2, N2, SO2)

Titán, único satélite con atmósfera densa y compleja (N2, CH4, Hidrocarburos)

1 PROPIEDADES

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El interior• La temperatura interna de un planeta posibilita, o no, la

separación en capas, “diferenciación”

• Si la temperatura interna es lo suficientemente alta para fundir los elementos del interior se produce una separación, como el agua y el aceite.

• Los elementos planetarios en los que se separan son hierro y silicatos de roca. El hierro cae al centro del planeta y forma un núcleo.

Planeta diferenciado: Tierra

• Atmósfera e hidrosfera

• Corteza (baja densidad, 6-35 km)

• Manto (dens. intermedia ~3000 km)

• Núcleo (dens. alta, ~3000km, ~28% masa)

• Capa externa líquida

• Capa interna sólida

Planeta no diferenciado: Marte

• Mucho hierro en la superficie y en el manto

• Corteza gruesa (3 y 5 veces la terrestre)

• Núcleo pequeño, ~18% masa del planeta

1 PROPIEDADES

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Índice

• Propiedades generales del Sistema Solar

• Los grandes cuerpos: el sol y los planetas

• Las grandes lunas

• Cuerpos menores

• Asteroides

• Cometas

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El Sol

• Fuente de casi toda la energía en la Tierra, responsable de las estaciones, corrientes oceánicas y el clima. • Obtiene su energía de convertir hidrógeno (75% en peso) en helio (25%)• Tiene el 99.8% de la masa del sistema solar• El interior alcanza una temperatura de 15.6 millones de grados y una presión de 256 mil millones de atmósferas• Presenta una rotación diferencial 25.4 días en el ecuador y 36 días en los polos

Corona Solar (SOHO 1995-?, ESA, NASA)

Eclipse Solar (Graz, Austria 11/08/1999)

2 SOL Y PLANETAS

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Mercurio

• El planeta más cercano al Sol y difícil de observar a simple vista.

• Presenta un gran parecido a la Luna: superficie marcado por cráteres

(muy antigua).

• No tiene atmósfera (baja gravedad) y gran contraste térmico día/noche.

• Alta densidad y fuerte campo magnético interno.

Bepi Colombo (2013, 2019-?)

ESA-JAXA

2 SOL Y PLANETAS

Detalle de la superficie: “Terreno Extraño”

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Monte Sifs (Magallanes, NASA)

Venus

Detalle de la superficie (Venera, URSS)

• Gemelo en tamaño y densidad a la Tierra

• Atmósfera muy densa con una espesa capa de nubes y temperatura superficial muy alta

• Fuerte erosión superficial y tectónica de placas, con volcanes activos.

• No tiene satélites naturales

Imagen en falso color de la topografía (Magellan)

Imagen de las nubes que cubren totalmente al planeta

2 SOL Y PLANETAS

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Volcán Kliu

Tierra

• Grandes contrastes en la superficie (agua, roca, nubes, hielo …)

• El planeta “terrestre” más grande y denso

• Atmósfera muy activa y condiciones del pto. triple del agua. • Gran actividad geológica (tectónica de placas, volcanes, …)

• Único planeta en el que se ha encontrado vida

• Posee un satélite natural: Luna

• Foto desde satélite de una imagen muy conocida por todos

2 SOL Y PLANETAS

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Marte

• Planeta más visitado por misiones espaciales.

• Temperatura baja. y atmósfera muy tenue, con importantes fenómenos climáticos a escala global.

• Superficie moderna, pero geológicamente muerto.

• Sin campo magnético (actualmente).

• Lo orbitan dos satélites naturales y 3 artificiales

• Presenta huellas de un pasado mucho más cálido y húmedo.• Nubes de agua, HST

Agua helada en el Polo Sur

2 SOL Y PLANETAS

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Marte, un pasado húmedo2 SOL Y PLANETAS

Detalle de Valle Marineris

Detalle del Valle Marineris. Profund. 6 kmTrazas de agua líquida en la actualidad!!

Imágenes tomadas 21 dic. 2001 y agos./sep. 2005

• La superficie de Marte abundan las huellas de un pasado mucho más cálido que el actual con abundante agua líquida

• Lagos y océanos

• Inundaciones debidas a volcanes

• Cañones de origen geológico modificados por el agua

• Sistema de valles y glaciares

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Júpiter

Gran Mancha Roja

• Júpiter dobla en masa al resto de los planetas (¡¡300 Tierras!!)

• Emite más energía que la recibida por el Sol.

• Planeta gaseoso (90% H y 10% He en átomos), densidad ~1.3 H2O

• Periodo rotación ~ 10 horas, de traslación = 12 años.

• Presenta bandas, zonas y la GMR.

Bandas y Zonas

Galileo (NASA, 1989-2003)

Anillos (Voyager, NASA)

2 SOL Y PLANETAS

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• Saturno es el segundo planeta en tamaño (~95 Tierras) y el menos denso (flota en el agua)

• Periodo de rotación muy corto + ligero => achatado en los polos

• Tiene anillos visibles compuestos por granos de polvo e hielo. Tienen un grosor de unos kilómetros y tamaño de 250 mil kilómetros

• Aurora (HST)

Saturno2 SOL Y PLANETAS

18Saturno

Mimas

2 SOL Y PLANETAS

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Urano

• Masa ~ 14.5 Tierras. Densidad similar a la de Júpiter.

• Aunque visible al ojo, fue descubierto por la cultura europea por Herschel 1781.

• Es el único planeta “tumbado” => estaciones extremas.

• La mitad del planeta no recibe luz solar durante la mitad del año de Urano (unos 40 terrestres).

• Su atmósfera es distinta a Júpiter y Saturno al contener agua, amoniaco y metano.

• Urano (HST) con sus anillos y la zona iluminada por el sol.

• Satélites mayores

Urano (Voyager 2, 1986, NASA)

2 SOL Y PLANETAS

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Neptuno

• Primer planeta descubierto “matemáticamente”

• Masa = 17 veces la terrestre, Periodo orbital= 163 años, periodo de rotación 16 horas

• Posee nubes altas de hielos de metano que le dan el color azul.

• La Gran Mancha Azul detectada por Voyager desapareció varios años después (HST)

• Tiene 13 lunas, la más masiva es Tritón.

• Gran Mancha Azul (Voyager 2)

2 SOL Y PLANETAS

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Hidrógeno metálico fluido

Interior de planetas gaseosos. Júpiter

Mimas

• Esquema del interior de Júpiter

• La estructura de los planetas gigantes es distinta a la de los terrestres

• Júpiter está compuesto por H2 y He en estado líquidos.

• En el interior la presión es tan alta que el hidrógeno está en estado metálico, formando una “red cristalina”.

• En el centro podría haber un núcleo rocoso de características inciertas debido a su alta temperatura y presión.

• Los movimientos del interior de Júpiter contribuyen al desarrollo de una extensa y compleja magnetosfera.

• Júpiter emite más energía que la recibida del sol, el calor generado contribuye con los movimientos poco comunes de la atmósfera.

2 SOL Y PLANETAS

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Índice

• Propiedades generales del Sistema Solar

• Los grandes cuerpos: el sol y los planetas

• Las grandes lunas

• Luna

• ¿Satélites o Asteroides?

• Io, Europa, Ganímedes y Calisto

• Titán y Enceladus

• Tritón

• Cuerpos menores

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La Luna

• Es el satélite más grande (relativo al planeta) del Sistema Solar (excepto Plutón/Caronte …)

• Tiene un núcleo muy pequeño formado por hierro

• La densidad es aproximadamente la misma que la del manto terrestre

• El oxígeno tiene la misma composición isotópica que la Tierra

• Su origen ha sido un gran dilema Tierra y Luna a escala

3 LAS GRANDES LUNAS

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• La Luna es un caso único en el Sistema Solar.

• Se formó debido al impacto de un planetesimal enorme, quizás del tamaño de Marte, con una Tierra todavía en proceso de formación

• La simulación muestra como tal impacto envió a la órbita terrestre la cantidad suficiente de material como para formar la Luna.

• Esta teoría explica la composición de nuestro satélite, muy parecida al del manto terrestre y la misma composición isotópica de oxigeno.

Origen de la Luna3 LAS GRANDES LUNAS

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• Único astro visitado por el hombre, hasta la fecha.

• Dos tipos de superficie: antigua con numerosos cráteres y más moderna libre de ellos (mares)

• Rotación síncrona (siempre vemos la misma cara) debido a las fuerzas de marea del sistema Tierra/Luna.

• No tiene atmósfera, se ha encontrado hielo en los polos

Detalle de la superficie (Apolo, NASA)

Imagen tomada por Apolo (NASA)

3 LAS GRANDES LUNAS

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¿Satélites o Asteroides?

• Muchas de las lunas que orbitan otros planetas son en realidad “asteroides” capturados.

• Un detalle que muestra claramente que es un asteroide capturado es su forma no esférica. • Lunas de este tipo son Fobos y Deimos (Marte) y Nereida (Neptuno), que tiene la

peculiaridad de girar en sentido contrario

3 LAS GRANDES LUNAS

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Las Lunas de Júpiter

Io

Europa

Ganímedes

Calisto

3 LAS GRANDES LUNAS

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Io

• Es la luna más interior y densa de Júpiter. Está compuesto de sulfuro, hierro y silicatos. Muy distinto al resto de los satélites helados de Júpiter

• El único satélite con vulcanismo activo, visible en la superficie.

• La energía la obtiene de las fuerzas de marea en su interior, creadas por el campo gravitatorio de Júpiter.

Flujos de lava de sulfuro

SO2 congelado

3 LAS GRANDES LUNAS

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Europa• Tamaño similar a la Luna, está totalmente cubierta de

hielo, sin cráteres de impacto

• Presenta numerosas fracturas en el hielo lo que indica la presencia de agua líquida en su interior

• El océano podría tener un espesor de hasta 100 km con un interior rocoso.

• Debe existir una fuente térmica.• Agua líquida + roca + energía => ¿vida?

Detalle de la superficie (Galileo, NASA)

3 LAS GRANDES LUNAS

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Ganímedes

• Es el mayor satélite del sistema solar.

• Más grande que Mercurio, pero la mitad de la masa

• Compuesto básicamente por hielo y roca (dens. ~2)

• Sorprendentemente posee un campo magnético muy

fuerte de origen incierto.

• Terreno acanalado con impactos posteriores a su formación.

• Las grietas se formaron hace unos 4 mil millones de años, en las

etapas finales del “gran bombardeo”.

3 LAS GRANDES LUNAS

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Calisto

• Calisto es el segundo satélite en tamaño de Júpiter y el más externo.

• Cubierto completamente de cráteres, una superficie muy antigua casi

toda cubierta de hielo.

• No presenta efectos de la tectónica de placas.

• Detalles de la superficie

• Ganímedes presenta diferenciación, Calisto no.

GanímedesCalisto

3 LAS GRANDES LUNAS

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Detalle de la superficie (Huygens, ESA, 2005)

Titán (Saturno)

• Titán, el satélite mayor de Saturno, es el único con atmósfera. • Se formó a la misma distancia de Saturno que Ganímedes de Júpiter o que

Tritón de Neptuno. La posición de Saturno permitió la condensación del nitrógeno y su posterior evaporación lenta.

• Presenta una superficie sólida con indicios de cambios de fase• Canales de drenaje• Superficie rocosa con hielos

“Fiordos” en Titán (Cassini, NASA)

3 LAS GRANDES LUNAS

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Enceladus (Saturno)

• La 6ª luna de Saturno, situada dentro de los anillos.

• Compuesta casi toda de hielo, con una superficie brillante como la nieve.

• Los polos son más cálidos, se piensa que hay agua líquida debajo de la superficie que brota entre las grietas originando géiseres.

• Algunos cráteres de impacto y una zona totalmente libre con rayas => movimientos en las placas de hielo

• Alto interés para la astrobiología y objetivo de la misión TANDEM (ESA)

• Géiser en el polo sur, (Cassini, NASA)

3 LAS GRANDES LUNAS

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Tritón (Neptuno)

• Sentido orbital “contrario” al resto de los planetas y lunas.

• De tamaño comparable a Europa, sus propiedades físicas son similares a Plutón.

• Superficie con porciones muy antiguas (cráteres) y otras muy jóvenes => procesos activos internos.

• El interior podría ser lo suficientemente caliente para mantener un océano interno.

• Sin atmósfera, la temperatura es demasiado fría como para evaporar el nitrógeno (como en Titán).

3 LAS GRANDES LUNAS

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Índice

• Propiedades generales del Sistema Solar

• Los grandes cuerpos: el sol y los planetas

• Las grandes lunas

• Cuerpos menores

• Asteroides

• Cometas

• Casi-Planetas

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Asteroides • Son planetesimales situados en el sistema solar interno.

• Formados por roca y minerales, densidad alta.

• Se concentran entre las órbitas de Marte y Júpiter.

• Resultado de un planeta “no nato” debido a la acción de Júpiter.

• El campo gravitatorio de Júpiter impidió el crecimiento de Marte como lo hicieron Venus y Tierra.

• Ocasionalmente Júpiter saca de su órbita a un asteroide

• Los asteroides tienen forma irregular.

• En esta imagen (NASA) se muestra Gaspra con las dos lunas de Marte (Fobos y Deimos).

• Eros (17x6.5km)

Gaspra

Phobos

Deimos

Ceres r~475 km (HST, 2004)

4 CUERPOS MENORES

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Distribución de Asteroides

• Cadena Principal de Asteroides (blanco)

• Troyanos y Griegos (verde) situados en los puntos estables L4, y L5

• La distribución radial de asteroides no es continua, existen huecos debido a la presencia de Júpiter y otros planetas.

L4

L5

Troyanos

Troyanos

4 CUERPOS MENORES

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• Asteroide: objeto rocoso y metálico que orbita al Sol. Es demasiado pequeño para ser considerado un planeta. El mayor de ellos es Vesta (526 km).

• Meteoroide: asteroide pequeño

• Meteoro: meteoroide que ha entrado en la atmósfera terrestre, normalmente se vaporiza debido al rozamiento (estrella fugaz)

• Meteorito: Meteoro que ha sobrevivido parcialmente al paso a través de la atmósfera y llega al suelo • Vesta (HST)

4 CUERPOS MENORES

• Cráter en Arizona (EEUU): 174 m de profundidad y 1250 de ancho formado por una roca de 40 m a 12 km/s

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West

Cometas

• El núcleo está compuesto por hielo y roca

• El Sol evapora el hielo produciendo gases que reflejan la luz del sol, la coma o cola..

• Un cometa tiene dos colas:

• Cola azul: debida al gas ionizado

• Cola amarilla: debida al polvo evaporado

Núcleo y órbita de Halley

4 CUERPOS MENORES

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Cometas, la llave del Sistema Solar

• Stardust (NASA) la primera misión para recolectar material cometario. de Wild 2

• El análisis indica componentes más complejos de los predichos: Titanio, vanadio y Nitrógeno ... ¿de dónde vienen?

• Los cometas son planetesimales de las partes lejanas del sistema solar

• Son remanentes del material con el que se formó el sistema solar (como los asteroides)

• Dada su lejanía al Sol han evolucionado menos que los asteroides

• Son “fósiles” que permiten conocer las condiciones de formación del Sistema Solar

• Rosseta (ESA) es la misión de estudio cometario más ambiciosa hasta la fecha.

• Consta de un orbitador y un “lander” para estudiar las características del cometa 67 P/Churyumov- Gerasimenko

4 CUERPOS MENORES

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Centauros

• Están situados entre Júpiter y Neptuno

• Presentan una órbita muy inestable, cruzando la de los planetas gaseosos

• Eventualmente caen al sistema solar interno formando cometas

• Algunos son capturados ¿Phoebe por Saturno?

Chariklo (1997) el centauro más grande junto a Plutón y Luna

4 CUERPOS MENORES

Distribución y tamaño de Centauros

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El Cinturón de Kuiper: Plutón

• Mas allá de la órbita de Neptuno, hay una gran cantidad de objetos.

• Tardan cientos de años en dar la vuelta al Sol

• Su velocidad es muy baja y son muy difíciles de detectar.

• Distancia 30-55 UA

Disco Disperso: Sedna

• Son objetos expulsados hacia el exterior del Sistema Solar por la acción gravitaria de los planetas gaseosos.

Nube de Oort

• Esfera en los límites del sistema solar

Transneptunianos. Objetos más allá de Neptuno

4 CUERPOS MENORES

Centauros y Transneptunianos

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Plutón desde Tierra y desde el espacio

• Plutón: Radio = 1145 km

Masa = 0.002 Tierra

Densidad = 2.1 agua

• Caronte: radio = 600 km

masa= 0.1-0.2 Plutón

4 CUERPOS MENORES

El transneptuniano más famoso: Plutón

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Transneptunianos

• Imágenes artísticas de Transneptunianos y su tamaño relativo con la Tierra• Desde 1992 se han encontrado más de 1000 objetos con diferentes formas, tamaño y superficie.• Su órbita está afectada por la presencia de los planetas gigantes. • Discrepancias (erróneas) en la órbita de Neptuno llevaron al descubrimiento de Plutón (1930)

El más grande,

periodo ~560 años

R~2400± 100 km

periodo ~11 000años

R~1180-1800 km

4 CUERPOS MENORES

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¿Dónde está Sedna?4 CUERPOS MENORES

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¿Dónde está Sedna?4 CUERPOS MENORES

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¿Dónde está Sedna?4 CUERPOS MENORES

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¿Dónde está Sedna?4 CUERPOS MENORES

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La Nube de Oort

Urano Plutón

100 000 UA

Los confines del Sistema Solar. La Nube de Oort

• Visión artística de los objetos de la Nube de Oort• Õpik (1932) postuló su existencia y unos años después Oort (1950)

• Origen: remanentes de la formación del Sistema Solar, se formaron mucho más cerca del Sol.

• Fueron expulsados y ahora forman una gigantesca esfera alrededor del sistema solar, a ~1 año luz

• Es una fuente de cometas (Halley)

4 CUERPOS MENORES

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Para saber más:

• Vistas del Sistema Solar, www.solarviews.com/span/homepage.htm

• Ventanas al Universo www.windows.ucar.edu/spanish.html

• SolStation.com http://www.solstation.com/

• Wikipedia, www.wikipedia.org

• The Nine Planets Solar System Tour www.nineplanets.org/

• Agencia Espacial Norteamericana, NASA, www.nasa.gov

• Agencia Espacial Europea ESA, www.esa.int

• Telescopio Espacial Huble, HST www.stsci.edu/hst/