ORBITA

Para entender o movimento dos corpos celestes Newton estudou o movimento da Lua e, através dessa análise, concluiu que a mesma força que fazia os corpos caírem sobre a Terra era exercido pela Terra sobre a Lua. Essas forças foram denominadas de forças de gravitação. Newton concluiu ainda que o que mantém os planetas em órbita são as forças gravitacionais, e partindo das leis de Kepler ele descobriu que essa força tem intensidade que depende da massa do Sol e do planeta e é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles. Esse resultado que Newton obteve pode ser aplicado para qualquer corpo.

Mais tarde, Isaac Newton demonstrou que algumas órbitas, como as de certos cometas, são hiperbólicas e outras parabólicas. Albert Einstein, mais tarde, foi capaz de mostrar que a gravidade existe devido a curvatura do espaço-tempo, esta é a alternativa mais aceita nos tempos modernos. Seguindo esses princípios, qualquer variação na força gravitacional pode tirar um corpo celeste de órbita. Acredito que corpos bastante massivos que venham a passar próximo do planeta, perturbações solares importantes ou mesmo colisões com objetos de massa igual ou superior à da Terra possam ser responsáveis por alterar sua órbita.

Albert Einstein, mais tarde, foi capaz de mostrar que a gravidade existe devido a curvatura do espaço-tempo, e que órbitas dependem de geodésicas e esta é a alternativa mais aceita nos tempos modernos.

Dentro de um sistema solar, os planetas, asteróides, cometas e outros objetos de menor tamanho percorrem órbitas elípticas ao redor do Sol, enquanto que as luas e outros satélites fazem o próprio ao redor dos planetas. Seja qual for a órbita seguida pelo objeto, o corpo ao redor de que descreve sua trajetória se encontra situado no foco da cônica descrita, de modo que sempre podem definir-se dois pontos singulares, como o de maior afastamento ou apoastro, e o de maior aproximação ou periastro.

Podes fazer está experiência, pega uma pedra e lança longe. Notas o movimento que ela faz? É uma curva. Imagine que agora estás numa montanha muito alta. Jogue a pedra. Ela fará a mesma curva, mas irá mais longe, pois lançaste de um lugar mais alto. Agora imagine que estás num foguete e lanças a mesma pedra... Ela fará a curva, mas como você está muito alto, ela continuará fazendo a curva e circundando a terra. Assim ela Vai cair sempre e girando assim ficará em órbita. Certo? Com um pouco de imaginação vais entender. Para modificar esta órbita terás que usar uma força, pois a lei da inércia rege o movimento dos corpos.

Assim como lançaste a pedra, a força atua e o movimento do corpo continuará indefinidamente até que uma força atue sobre ele e modifique sua órbita ou faça com que caia sobre a terra.

 

O que os mantém em órbita é o movimento do corpo orbitado. Ou seja se o sol não estivesse em velocidade e movimento dentro da Via Láctea, se estivesse parado, certamente atrairia para si todos os planetas a sua volta.Porem, ao se deslocar, e provalvemente numa trajetória curva que ele executa. Do mesmo modo a lua é projetada para a terra na sua trajetória curva em torno do sol e está na mesma situação.

HISTÓRIA

No modelo geocêntrico do sistema solar, mecanismos como o deferente e epiciclo eram supostos para explicar os movimentos dos planetas em condição de esfera perfeita ou anéis. 

A base para a compreensão das órbitas modernas foi, primeiramente, formulada por Johannes Kepler, cujos resultados foram sumarizados em suas três leis da monção planetária. Primeiro, ele descobriu que as órbitas dos planetas no nosso sistema solar são elípticas, não circulares (ou epicíclicas), tal como tinha sido anteriormente aceito, e que o Sol não está localizado no centro das órbitas, mas sim em um foco. Segundo, ele descobriu que a velocidade orbital de cada planeta não é constante, tal como anteriormente teve se pensado, mas sim a velocidade do planeta depende da distância dele do sol. 

E terceiro, Kepler descobriu uma relação universal entre as propriedades orbitais de todos os planetas orbitando o sol. Para cada planeta, o cubo da distância do planeta ao sol, medido unidades astronômicas (UA), é igual ao quadrado do período orbital do planeta, medido em anos terráqueos. Júpiter, por exemplo, é aproximadamente 5,2 UA do sol e seu período orbital é 11,86 anos terráqueos. Logo, 5,2 ao cubo é igual a 11,86 ao quadrado, como previsto. 

Isaac Newton demonstrou que as leis de Kepler eram derivadas de sua teoria gravitacional e que, em geral, as órbitas de corpos sujeitos à gravidade eram cônicas se a força da gravidade se propagasse instantaneamente. Newton mostrou que, para um par de corpos, os tamanhos das órbitas eram inversamente proporcionais a suas massas, e que os corpos giram sobre seus centros comuns de massa. Quando um corpo é bem mais maciço que um outro, é conveniente uma aproximação para ter o centro da maça coincidindo com o centro do corpo mais maciço. 

QUANDO SE DEU O BIG SPLASH?

MARTE

Os astrônomos haviam teorizado que o planeta Terra e a Lua se originaram de uma gigantesca colisão entre dois outros planetas similares em tamanho a Vênus e Marte. Embora a teoria do grande impacto (em inglês: Big Splash)

VÊNUS SEM NUVENS

 continue firme como a melhor explicação para o surgimento da Lua, a data precisa em que a colisão ocorreu foi agora contestada a partir de novos studos.

Na teoria original os astrônomos estimavam que este choque interplanetário se sucedeu há 4,537 bilhões de anos, quando o Sistema Solar tinha apenas 30150 milhões de anos após o nascimento do Sistema Solar. milhões de anos de idade. A nova pesquisa demonstra que a Terra e a Lua se formaram mais tarde, ou seja, cerca de 150 milhões de anos após o nascimento do Sistema Solar.

TERRA E LUA EM UM processo de colisão

“Nós determinamos as idades da Terra e da Lua usando isótopos de Tungstênio, os quais têm a capacidade de revelar se os núcleos planetários de ferro e suas superfícies rochosas foram fundidos no processo de colisão”, explicou Tais W. Dahl, que realizou o estudo como parte de seu projeto de tese em geofísica no Niels Bohr Institute da Universidade de Copenhagen em colaboração com o professor David J. Stevenson da Califórnia Institute of Technology (Caltech).

COLISÕES TURBULENTAS

Atualmente é aceita a idéia de que os planetas no Sistema Solar se formaram através de colisões sucessivas entre planetóides anões orbitam o jovem Sol. Nas colisões os planetésimos se fundiram e formaram corpos maiores, os planetas. O sistema Terra-Lua, como conhecemos hoje, foi o resultado de uma colisão titânica entre dois proto-planetas cujas massas tinham a ordem de grandeza das massas de Vênus (81,5% da massa da Terra) e Marte (10,7%) atuais.

objetos originais se chocaram em uma época distante

Os objetos originais se chocaram em uma época em que ambos tinham um núcleo metálico (principalmente de ferro) e um manto envolvente de silicatos (rocha). A questão que intriga os astrônomos é: quando e como isto ocorreu? Os cientistas estimam que o processo de choque transcorreu ao longo de 24 horas e a temperatura da Terra elevou-se até a faixa dos 7.000º C,  tão quente que tanto as rochas e o ferro se fundiram nesta colisão turbulenta.

Mas, efetivamente, como as massas de rochas e silicatos se misturaram?

Até recentemente, estimava-se que os silicatos e os metais se misturaram completamente durante este processo que formou a Lua há 4,537 bilhões de anos. Os novos estudos, por outro lado, apontam para outros cenários.

ESCLARECIMENTOS A PARTIR DA DATAÇÃO DOS ELEMENTOS RADIOATIVOS

A idade da Terra e da Lua pode ser estabelecida através do exame da presença de certos elementos no manto terrestre. Háfnio¹⁸² é um elemento radioativo que sofre decaimento e é convertido em no isótopo Tungstênio¹⁸². Estes dois elementos têm características químicas notavelmente distintas: enquanto o Tungstênio tem a preferência de se ligar a metais, o Háfnio se liga aos silicatos, ou seja, às rochas.

Usualmente, o tempo que leva ao Háfnio¹⁸² a se decair completamente no Tungstênio¹⁸² gira em torno de 50 a 60 milhões de anos (a meia-vida do Háfnio¹⁸² é de 9 milhões de anos). Além disso, durante a colisão planetária que gerou a Lua praticamente todos os metais afundaram para gerar o núcleo metálico terrestre. Mas, e o Tungstênio¹⁸²? Ele foi parar totalmente no núcleo da Terra?

“Nós estudamos em qual grau o metal e a rocha se misturam durante as colisões entre corpos. Usando cálculos a partir de modelos dinâmicos da mistura turbulenta entre a rocha liquefeita e as massas de ferro nós concluímos que os isótopos de Tungstênio da formação primordial da Terra permaneceram no manto rochoso”, explicou Tais W. Dahl.

A LUA FOI FORMADA DEPOIS POR OUTRA COLISÃO

Os novos estudos sugerem que a colisão formadora da Lua ocorreu depois de todo o Háfnio ter decaído em se transformando em Tungstênio.

“Nossos resultados demonstram que o núcleo metálico e a rocha são incapazes de se fundir em colisões entre planetas, ou seja, onde os objetos têm mais de 10 km de diâmetro. Assim, a maior parte do núcleo metálico de ferro (80 a 99%) não foi capaz de remover o Tungstênio do manto rochoso durante a formação da Lua”, explicou Dahl.

A conclusão da pesquisa sugere que a Terra e a Lua se formaram bem mais tarde do que previamente pensado (bem depois dos 30 milhões de anos após a formação do Sistema Solar, que se deu há 4,567 bilhões de anos), ou seja, que a colisão que gerou a Lua se deu em torno de 150 milhões de anos após o Sol ter surgido.

A LUA

A LUA SONHO  DE POETAS E ENAMORADOS UTOPIAS DE UM BOÊMIO

A Lua é o único satélite natural da Terra e tem várias características em comum e contrária ao nosso planeta, postas em evidência depois da investigação das amostras recolhidas pelas missões Apollo. Por um lado, a composição dos isótopos estáveis das rochas lunares de oxigênio é idêntica à assinatura característica da Terra e bastante diferentes de outros objetos siderais. Isto sugere que a Lua, ou o seu precursor, tenha tido origem na mesma distância do Sol que a Terra, à data da formação do sistema solar.

Esta descoberta pôs de parte teorias mais antigas que sugeriam a Lua como um objeto capturado pela órbita da Terra, visto que se fosse esse o caso, a Lua teria composições isotópicas distintas. A Terra é formada por um núcleo interior de ferro e níquel, um manto composto por rochas silicatadas e a crosta terrestre constituída essencialmente por granito e basalto. O núcleo ferroso representa cerca de trinta por cento da massa da Terra. Pelo contrário, a Lua é composta essencialmente por rochas silicadas equivalentes à do manto da Terra e tem um núcleo ferroso mínimo, que compõe cerca de 8 por cento da sua massa. Esta disparidade impede que a Lua tenha sido formada por acrecção tal como a Terra, pois se tal tivesse sucedido, a proporção de ferro seria semelhante nos dois astros.

Qualquer tentativa de explicação para a formação da Lua tem que ter em conta estas duas características: a composição isotópica e a proporção do núcleo de Ferro. A hipótese do Big Splash consegue harmonizar estas duas perspectivas, mas levanta outra série de problemas: o que é que colidiu com a Terra para formar a Lua, e de onde surgiu este corpo?

A TERRA - ACREÇÃO E DIFERENCIAÇÃO

O que é a acreção? O que é a diferenciação? Como surgiram as camadas do nosso planeta? Que importância têm os asteróides e os meteoritos para o estudo da Terra? Planetas, quantos existem no nosso sistema solar? Ceres, Xena e Caronte o que são?

 

OBJETIVOS:

Mostrar como surgiram os protoplanetas devido ao aquecimento e acreção.

Mostrar a diferenciação em camadas desses protoplanetas.

Quais são os tipos de agrupamento de planetas que existem.

Mostrar as variações de densidades desses planetas.

Propostas e idéias apresentadas sobre a definição de planeta.

 

DESENVOLVIMENTO

Segundo Thomas Burnet, a Terra foi formada por uma série de camadas, houve várias fases e uma delas foi, o cobrimento do planeta por águas diluvianas. Quando essas águas retrocederam, deram origem à Terra tal como é conhecida hoje. Num futuro distante a Terra vai ser consumida pelo fogo e após as cinzas resultantes, regressará à forma inicial. Por último, quando a Terra não for necessária para o Homem, transformar-se-á numa estrela.

Esta teoria foi escrita no século XVII por Thomas Burnet, e embora não tenha sido uma teoria consistente, foi uma das primeiras a descrever o início da formação dos planetas.

ACREÇÃO

A acreção foi um dos processos que deu origem a Terra e a outros planetas no nosso sistema solar. Esse processo deve-se ao fato de ter havido colisões de materiais que andavam dispersos pelo espaço, materiais esses provenientes da nébula solar. A colisão de materiais provocou uma acumulação de poeiras e gases, determinando uma capacidade de atrair matéria devido ao aumento da sua massa e da força gravitacional, dando origem ao crescimento de protoplanetas e de pequenos corpos do sistema solar.

THEIA

A PARTIR DE L4 QUE O PROTO-PLANETA CHOCOU-SE COM A TERRA

De acordo com a composição isotópica da Lua, o objeto que colidiu com a Terra, denominado Theia (Holiday 2000; Hartmann and Davies 1975, Cameron and Ward 1976 and Cameron 1984) deve ter tido origem dentro da órbita terrestre. Inicialmente pensava-se que a força gravítica da Terra agregou todo o material ao seu alcance para formar o planeta. No entanto, conforme sugeridos em 1772 pelo matemático Lagrange existem cinco pontos na órbita da Terra nos quais os efeitos da gravidade do planeta se anulam em relação ao Sol. Dois dos pontos de Lagrange – L4 e L5 – são considerados estáveis uma vez que qualquer material que lá se encontre só pode ser libertado por colisão ou qualquer outro evento catastrófico. L4 e L5, situados a 150 milhões de quilômetros da Terra, são, portanto, zonas com potencial para permitir acrecção planetária em competição com a Terra. Foi em L4 que se pensa que Theia se chocou com a Terra e terá começado a se formar há 4,5 bilhões de anos atrás, no Hadeano.

Com o decurso da acrecção, Theia aumentou progressivamente de tamanho, atingindo uma dimensão comparável à de Marte. Este crescimento tornou instável a sua posição em L4, a partir de 20 a 30 milhões de anos do seu aparecimento. Nesta altura, a força gravitacional impulsionava Theia para fora do ponto lagrangiano, ao mesmo tempo em que a força de Coriolis puxava o planeta de volta para a origem (o tratamento mais preciso do problema é feito no contexto do problema dos três corpos da Mecânica celeste). Esta combinação de forças levou ao desenvolvimento de uma órbita cíclica em ferradura: Theia adquiria velocidade e escapava de L4 até um determinado ponto, sendo depois puxada de volta. Num novo ciclo, o planeta adquiria velocidade e alcançava um ponto mais distante até a força de Coriolis ganhar o balanço de novo. Esta órbita em ferradura, ilustrada na figura do meio, continuou até Theia adquirir massa suficiente para escapar de vez a L4.

BIG SPLASH – A FORMAÇÃO DA LUA

 

Enquanto Theia se encontrava presa nesta órbita cíclica, a Terra teve tempo para se diferenciar na estrutura de núcleo e manto que atualmente exibe. A crosta era apenas incipiente, visto que a superfície estava ainda quente demais para permitir a formação de massas continentais. Theia também deve ter desenvolvido alguma estratificação durante a sua estadia em L4.

Quando Theia cresceu o suficiente para escapar do ponto lagrangiano entrou numa órbita instável e a colisão com a Terra tornou-se inevitável, visto que ambos os planetas ocupavam a mesma órbita. Os investigadores acreditam que o impacto – o Big Splash – possa ter acontecido escassas centenas de anos após o escape definitivo. A colisão não foi frontal, mas sim de lado, e ocorreram a uma velocidade de 40,000 quilômetros por hora. Parte substancial do núcleo de Theia afundou-se na Terra e o seu material incorporou o núcleo terrestre. O resto do planeta e parte da zona superficial da Terra foi projetado para o espaço. O que sobrava do núcleo estabilizou a cerca de 22.000 km da Terra apenas 27 horas depois do impacto, segundo a modelação utilizada pelos cientistas, num percurso do que seria a Lua.

Depois do Big Splash, o material resultante do impacto foi acreccionado às sobras do núcleo de Theia e pouco a pouco a Lua como satélite adquiriu consistência. As forças de maré fizeram (e continuam fazendo) a Lua se afastar da Terra, sendo a distância média atual de 385.000 km. Calcula-se que cerca de 90 por cento do seu material seja originário dos destroços do planeta Theia. O Big Splash explica as duas características da Lua que mais têm intrigado os cientistas: a Lua tem a mesma composição isotópica das rochas da Terra porque o seu percursor (Theia) se desenvolveu na mesma distância relativa do Sol; tem uma proporção de núcleo ferroso bastante inferior porque a parte principal do núcleo de Theia afundou na Terra na altura da colisão.

Esta teoria encontra hoje em dia bastante aceitação dentro da comunidade científica embora persistam no entanto algumas dúvidas e pontos por esclarecer. Um dos principais problemas é a posição e existência dos pontos lagrangianos na época do Big Splash, que pode ser afetada pelas condições do sistema solar há 4,5 bilhões de anos, que não são conhecidas na sua totalidade.

O Sistema Solar primordial foi uma verdadeira galeria de tiro. Nossa lua se formou quando um objeto, denominado Theia, do tamanho de Marte chocou-se com a Terra e ejetou para o espaço uma gigantesca nuvem escombros que por acreção criou o nosso único satélite natural. Agora, no recente encontro anual (2009) da Divisão de Ciências Planetárias em Fajardo, Porto Rico, Íris Asphaug, da Universidade da Califórnia em Santa Cruz reportou que o objeto (Theia) chocou-se com a Terra em uma velocidade bem baixa.

Se a velocidade fosse maior os escombros teriam sido expelidos para o espaço interplanetário, isto é, seriam ejetados em velocidade superior a velocidade de escape do nosso planeta e assim, não teríamos a nossa Lua. Com esta afirmação Asphaug reacendeu a discussão sobre “Por que Vênus não tem nenhuma lua?”.

Como é que Vênus conseguiu desviar-se de todos os demais objetos do Sistema Solar primordial? A resposta é simples, segundo Asphaug: Vênus não escapou dos violentos choques… Talvez até Vênus pode ter tido um destino ‘pior que o nosso’, tendo talvez ejetado um outro planeta (?) E onde está este tal planeta agora? Será Mercúrio o resultado de uma colisão sofrida por Vênus? Afinal, Mercúrio se formou a partir de uma colisão entre Vênus e o outro objeto ou mesmo a partir de um segundo impacto sofrido pela Terra? Marte e Mercúrio foram formados dos restos da Terra e Vênus?

O FILÓSOFO