Dr. Gonzalo Tancredi Facultad de Ciencias

Presentación del tema: "Dr. Gonzalo Tancredi Facultad de Ciencias"— Transcripción de la presentación:

1 Dr. Gonzalo Tancredi Facultad de Ciencias
¿Cuántos planetas hay alrededor del Sol? Dr. Gonzalo Tancredi Facultad de Ciencias

2 Temario Historia del Descubrimiento de los Planetas
Origen y Evolución del Sistema Solar La Definición de Planeta adoptada por la UAI ¿Quiénes son los Enanos del Sistema Solar?

3 Historia del Descubrimiento de los Planetas

4 Los planetas de la Antigüedad (visibles a simple vista)
Mercurio Venus Marte Júpiter Saturno + Tierra Visibles solamente al atardecer o amanecer La alineación planetaria de Mayo 2002

5 La “ley” de Titius-Bode Ley empírica
a = x 2n a – semieje mayor n – índice del planeta Ley empírica sin base física Planeta n Ley Titius-Bode Semieje Mayor Mercurio -∞ 0.40 0.39 Venus 0.70 0.72 Tierra 1 1.00 Marte 2 1.60 1.52 ¿? 3 2.80 Júpiter 4 5.20 Saturno 5 10.0 9.54

6 Urano: Primer descubrimiento telescópico
13 Marzo de 1781 William Herschel (Nacido en Alemania pero trabajando en Inglaterra) Recibió por su descubrimiento una pensión de 200 libras al año y el título de Caballero. Distancia media al Sol: 19 UA

7 El descubrimiento de Ceres (1)
1° Enero de 1801 por el monje Giuseppe Piazzi (Palermo, Italia) Distancia media al Sol: 2.8 UA

8 ¿Confirmación de “ley” de Titius-Bode? El planeta faltante
Ley Titius-Bode Semieje Mayor Mercurio -∞ 0.40 0.39 Venus 0.70 0.72 Tierra 1 1.00 Marte 2 1.60 1.52 Ceres 3 2.80 2.77 Júpiter 4 5.20 Saturno 5 10.0 9.54 Urano 6 19.6 19.2

9 Los convidados de “piedra”
W. Olbers descubre 28-Marzo a Pallas (2) y 29-Marzo-1807 a Vesta (4) K. Harding descubre 1-Setiembre-1804 a Juno (3) Asteroide Semieje mayor (UA) Magnitud Ceres (1) 2.77 3.3 Pallas (2) 4.1 Juno (3) 2.66 5.3 Vesta (4) 2.36 3.2 Ceres deja de ser llamado planeta y se le denomina junto al resto de estos objetos como “planeta menor” o asteroide.

10 El descubrimiento “teórico” de Neptuno
U. Leverrier (Francia) 31/8/ Leverrier predice la posición de Neptuno basado en las perturbaciones sobre Urano. 23/9/ Galle lo descubre a menos de 1° de la posición predicha por Leverrier J. Galle (Alemania) J. Adams (Inglaterra)

11 El tortuoso camino de Plutón
Las predicciones de P. Lowell (~1900) (Flagstaff, Az, EEUU) Los canales marcianos y las “discrepancias” de Neptuno.

12 El descubrimiento C. Tombaugh descubre Plutón el 18 de Febrero, 1930, desde Obs. Lowell (EEUU). El nombre fue sugerido por V. Burney, niña inglesa de 11 años.

13 ¿Fue Primero el planeta o el perro?
Primera aparición del perro (un par) en The Chain Gang (5/9/1930) como sabuesos del malo Pete que persiguen a Mickey. Recibe su nombre en 1931 como perro compañero de Mickey.

14 La desilusión inicial Distancia media al Sol 39.4 (correspondía con ley de Titius-Bode) Inclinación del plano orbital alta (17°) y órbita muy alargada (excentricidad 0.25, cruza la órbita de Neptuno) Plutón era mas chico que la Tierra. Si bien la ubicación de Plutón en el momento del descubrimiento era cercana a la estimada por P. Lowell, su masa era insuficiente para perturbar a Neptuno. Año Masa (Mtierra) 1950s 0.9 1975s 0.7 1980s 0.002 La “decreciente” Masa de Plutón

15 El descubrimiento del satélite Caronte
J. Christy (EEUU) descubre en placas fotográficas un “abultamiento” de Plutón (Julio 1978 ) El sistema Plutón-Caronte visto por el Telescopio Espacial Hubble

16 El sistema Plutón-Caronte total sincronismo de revolución
Diámetro (km) Masa (kg) Plutón 2274 1.27x1022 Caronte 1172 1.90x1021 Representación de cómo se vería

17 Panorama del Sistema Solar a finales de los ’80s
¿Quién integra el Sistema Solar? Sol: % de la masa Planetas: 0.14 % (Júpiter 0.1%) Planetas: terrestres gigantes o jovianos Satélites de los planetas: regulares irregulares Pequeños cuerpos: asteroides cometas Polvo interplanetario Gas interplanetario o viento solar

18 El Sistema Solar hasta el 2006

19 Algunos datos de los planetas

20

21 Los tamaños relativos

22 El tamaño del Sistema Solar Experiencia de distancias y tamaños relativos
Usar elementos como una pelota de ping-pong para el Sol; porotos, granos de arena, azúcar o harina para los planetas

23 La región transneptuniana
Existencia de una región de objetos pequeños y helados mas allá de Neptuno (Edgeworth, Kuiper, Fernández) 30 Agosto 1992, D. Jewitt y J. Luu (Hawaii) descubre el primer (tercer) objeto

24 2003 UB313 (el “tiro de gracia”)
Descubierto por M. Brown y col. (2003) Antes “Xena” ahora Eris (Discordia) Tamaño superior a Plutón (Diam= 2400 km) pero en órbita muy excéntrica e inclinada

25 Panorama del Sistema Solar exterior en el presente (~ 1000 TNOs)

26

27 El Sistema Solar en la Galaxia
M31 - Galaxia de Andrómeda 2.3 millones de años luz La Vía Láctea desde la posición del Sol

28 Los límites del Sistema Solar

29 Origen y Evolución del Sistema Solar

30 Características Generales
Movimiento controlado por gravedad Cada planeta está aislado en el espacio, con distancias cada vez mayores entre sí a medida que nos alejamos del Sol. Planetas en órbitas coplanares, cuasi-circulares y traslación en mismo sentido de rotación del Sol Satélites que en su mayoría rotan en la misma dirección que sus planetas Sol concentra la masa del sistema Júpiter concentra la masa de los planetas Clasificación de planetas en terrestres – rocosos - interiores jovianos - gaseosos - exteriores Características particulares de asteroides y cometas. Los meteoritos mas viejos tienen una edad de ~4500 millones de años

31 ¿Cómo nacen las estrellas?
Por el colapso de una porción de una nube interestelar. ¿Por qué colapsa? Gravedad vs. energía cinética (SN?, ondas de presión de estrellas O – B?) Eg= - f . GM2/ R, para densidades uniformes f=3/5, si hay cierto grado de concentración f=1 Suponiendo N partículas que forman la nube con m la masa molecular media M = N.m Ek (energía cinética) = 3/2 N.k.T = 3/2. M/m . k .T Para el colapso gravitacional Eg > Ek (condición de colapso) Si introducimos el concepto de densidad media () M= 4/3 . . R3 .  Imponiendo la condición de colapso =3/(4. .M2) . (3.k.T / 2.G.m) 3 (densidad crítica de Jeans, se puede despejar la masa)

32 ¿Cómo nacen las estrellas? (Fase I)
Utilizando el criterio de Jeans el colapso gravitatorio se da para 100 masas solares, lo cual es mucho para una sola estrella. Conclusión: las estrellas se forman en grupos. De la nube primordial se forman decenaso cientos de estrellas Tiempo del proceso: algunos millones de años

33 Las protoestrellas no son tranquilas
a) Imagen en radio del flujo bipolar mas extenso conocido (10000 UA)

34 ¿Cómo se formó el Sol? A partir de una nube de gas y polvo (nebulosa primitiva) que al girar se fue aplanando hasta tener forma de disco. En el centro se formó el Sol y como subproducto los planetas.

35 Regiones de formación planetaria
Nebulosa de Orión (cerca de las 3 Marías)

36 Discos protoplanetarios

37 Discos

38 Detección de discos por exceso IR
El exceso de emisión comparado con la curva de Planck de un cuerpo negro disminuye a medida que la estrella queda ‘sola’ b) Discos con envoltura: la envoltura reemite la radiación del disco y la estrella en longitudes de onda mas larga. c) Objetos con envoltura extendida, sistemas muy jóvenes donde todavía hay gas de la nebulosa primordial. d) Objetos casi en la Secuencia Principal, leve exceso infrarrojo. e) Estrella limpia de remanentes

39 Formación planetaria Mecanismo: acreción Tres etapas:
1. Los granos de polvo en la nebulosa primitiva forman núcleos de condensación, donde se comienza a acumular material (‘small clumps’) 2. A medida que esos cúmulos van creciendo, su masa aumenta y su área superficial también, entonces el proceso se acelera. Se forman millones de objetos del tamaño de pequeñas lunas: planetesimales. 3. Los planetesimales chocan y se mantienen unidos (merging) barriendo el material a su alrededor por atracción y quedan unos pocos protoplanetas.

40 a) y b) la nebulosa solar se contrae
y aplana hasta formar un disco en rotación. c) los granos de polvo forman estructuras que chocan entre si y permanecen juntas, aumentando de tamaño y formando objetos llamados planetesimales. e) los planetesimales continúan chocando y creciendo de tamaño. f) luego de cientos de millones de años se forman los planetas en órbitas circulares .

41 Formación planetaria (continuación)
¿Los planetas gigantes se formaron por el mismo proceso? Muchos de los satélites regulares constituyen en su formación sistemas solares en miniatura a partir del gas que rodeaba os planetas exteriores

42 ¿Cómo influyó la temperatura?

43 Los planetas gigantes Dependiendo de la temperatura se formaron diferentes materiales que luego serían los que constituirían los planetas: A la distancia de Mercurio solamente se formaron granos metálicos A 1 UA ya se puede considerar granos rocosos, silicatos Entre 4 y 5 UA se congela el agua: ‘Línea de nieve’ Cuando el núcleo rocoso alcanzó masa suficiente comenzó a capturar el H y He que lo rodeaba. En ~ un millón de años Júpiter estaba formado. De acuerdo al modelo estándar los planetas gigantes se forman lejos de la estrella (¿y en otros sistemas planetarios?)

44 La eficiencia para capturar gas
Al poder acretar hielo, los planetas gigantes aumentaron rápidamente su masa y por lo tanto su atracción gravitatoria, lo que hace que algunos autores hablen de una formación directa, sin pasar por todas las etapas de acreción. Fueron sumamente eficientes en la captura del gas lo que explica su gran masa, tamaño, baja densidad y composición. El crecimiento rápido de Júpiter evitó la formación de planetesimales grandes en la zona de Marte y del cinturón de asteroides mediante la perturbación gravitatoria de planetesimales cercanos. Limpieza de remanentes!!!

45 Los planetesimales perturbados por Júpiter penetraron la zona de los asteroides produciendo perturbaciones e incluso colisiones con los asteroides.

46 La limpieza de remanentes El bombardeo tardío hace 4 mil millones de años

47 Fuentes de proyectiles:
La Luna es un buen indicador de la tasa de impactos en la Tierra a lo largo del tiempo por la ausencia de atmósfera. Fuentes de proyectiles: restos de acreción (R) limpieza de remanentes (-3800 Myr) (¿La Luna y la vida?) cinturón de asteroides (interno) (R) cinturón de asteroides (externo) (H) Región Júpiter - Urano (Barrera Júpiter-Saturno) (H) Cinturón transneptuniano - Nube de Oort (H)

48 Tres etapas de la formación
Planetesimales – objetos de hasta unos ~100 km de diámetro de formas irregulares Embriones planetarios – objetos de algunos cientos de km que conviven en su zona con objetos similares Proto-planetas y planetas – lograron limpiar los remanentes de la formación en su zona de influencia gravitacional

49 Crónica de una “muerte” anunciada ¿Que pasó en la UAI?

50 ¿Es Pluto un planeta?

51 Lo previo a Praga El porqué:
¿Se descubrió el décimo planeta X? ¿Es Plutón un planeta? ¿Son planetas lo que se descubre entorno a otras estrellas? Comité cerrado de especialistas discute durante dos años sin llegar a acuerdo. El Comité Ejecutivo crea una Comisión que elabora una propuesta, la que luego es avalada por el CE y propuesta a la Asamblea.

52 La propuesta inicial del 16/8 (por lo menos 12 planetas)
Criterio único: Tener masa suficiente para que la fuerza de gravedad supera las rigidez del material y adopte por estar en equilibrio hidrostático una forma cuasi-esférica. Resumen: Que sean redondos Complicada discusión en el caso de sistemas binarios (Plutón-Caronte, Tierra-Luna)

53 El Sistema Solar de los ≥12 planetas

54 Los nuevos planetas según la propuesta

55 ¿Cuál era el límite inferior? Los satélites helados

56 El límite para los helados
Enceladus - 513×503×497 km Miranda - 480×468×466 km Proteus - 436×416×402 km Mimas - 415×394×381 km Hyperion - 360×280×225 km

57 Los satélites < 400 km Hyperion Phoebe Amalthea Janus
230 x 220 x 210 km Amalthea 262×146×134 km Janus 193×173×137 km

58 Mimas – Satélite de Saturno (D~400 km)

59 La nueva lista de planetas de acuerdo a la propuesta de definición del EC
Name a (AU) ~ Size (km) Mercury 0.39 4,880 Venus 0.72 12,100 Earth 1.0 12,700 Mars 1.5 6780 Ceres 2.8 950 Jupiter 5.2 139,800 Saturn 9.6 116,500 Uranus 19.2 50,700 Neptune 30.0 49,200 2004TY364 38.72 540 2002KX14 39.01 560 2002XV93 39.22 430 2003VS2 39.27 610 1999TC36 440 2001QF298 39.30 490 Orcus 39.34 1100 2003AZ84 39.45 710 Name a (AU) ~ Size (km) Pluto 39.53 2300 Ixion 39.65 980 Huya 39.76 480 2005RN43 41.53 740 1995SM55 41.64 470 2002MS4 41.90 2004SB60 41.97 560 2004GV9 42.23 680 2002UX25 42.53 810 Varuna 42.90 780 2002TX300 43.11 800 1996TO66 43.19 540 2003OP32 43.24 650 2003EL61 43.31 2000 Quaoar 43.58 1290 2003QW90 43.65 1999CD158 43.69 410 1997CS29 43.87 Name a (AU) ~ Size (km) 2000CN105 44.65 430 1998WH24 45.56 450 2005FY9 45.66 1600 2004PR107 45.75 520 2003MW12 45.94 740 2002CY248 46.18 410 2002KW14 47.08 510 2002AW197 47.30 940 2002WC19 47.67 2003QX113 49.56 2003FY128 49.77 2001UR163 51.40 620 2002TC302 55.02 710 1999DE9 55.72 490 2004XR190 57.36 540 2000YW134 57.77 2003UB313 67.69 2400 2005RM43 89.73 560 Sedna 486.0 1800 From M. Brown webpage

60 according to the EC proposal
From M. Brown webpage

61 Grandes objetos del cinturón de asteroides y TNOs

62 Buscando consensos hacia una propuesta alternativa (17-18/8)
Escribo una propuesta alternativa que discuto con Julio Fernández. Se introduce un nuevo criterio más exigente: “Un planeta debe ser por lejos el mayor objeto de su población local”. Si no cumple esa condición, pero es redondo, se le denomina “planetoide”. Junto con los brasileros salimos a juntar firmas en adhesión a nuestra propuesta. Se adhieren con leves cambios varios europeos y americanos.

63 La distribución de masas
Nótese el salto entre las masas de los planetas terrestres (rocosos) y los principales asteroides, así como el salto entre los planetas gigantes (gaseosos) y los objetos transneptunianos (helados).

64 Un problema de clasificación
Sistema Solar Propuesta del EC Planetas Cuerpos menores Clásicos Enanos Sistema Solar Nuestra Propuesta Planetas “Planetas Enanos” Cuerpos menores

65 Consecuencias Propuesta del EC Nuestra Propuesta 8 planetas
Una categoría de planetas con inicialmente 12 objetos y quizás mas de cien planetas en los próximos años. Plutón es un planeta Nuestra Propuesta 8 planetas Un número creciente de “planetas enanos”. Plutón no es un planeta

66 Los tortuosos pasos hasta la resolución final
Se dan una serie de reuniones de discusión en la que la propuesta del EC es rechazada y nuestra propuesta logra amplias mayorías. Nos convocan a redactar la nueva propuesta. La nueva propuesta logra amplio consenso en reunión no resolutiva. Pero aquí no termina la historia …..

67 La Asamblea General del 24/8
Primera resolución: 3 categorías de objetos de acuerdo a la propuesta acordada. Obtiene la cuasi-unanimidad de los votos. Segunda resolución: Intenta introducir una enmienda con la que se volvía al “gran paraguas” del concepto planeta – Sale rechazada por ¼ a ¾.

68 La Resolución adoptada por la UAI
La UAI resuelve que los planetas y otros objetos de nuestro Sistema Solar, con la excepción de los satélites, son definidos en tres distintas categorías de la siguiente manera: (1) Un planeta 1 es un cuerpo celeste que (a) está en órbita alrededor del Sol, (b) tiene una masa suficiente para que su autogravedad supere las fuerzas de rigidez del cuerpo, adquiriendo una forma por equilibrio hidrostático (cuasi-redondo), (c) haya limpiado la vecindad entorno de su órbita. (2) Un “planeta enano“ es un cuerpo celeste que (a) está en órbita alrededor del Sol, (b) tiene una masa suficiente para que su autogravedad supere las fuerzas de rigidez del cuerpo, adquiriendo una forma por equilibrio hidrostático (cuasi-redondo) 2, (c) no haya limpiado la vecindad entorno de su órbita, y (d) no es un satélite. (3) Todo el resto de los objetos 3, excepto los satélites, que orbitan el Sol deberían ser denominados colectivamente como “Cuerpos Menores del Sistema Solar". 1 Los 8 planetas son: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. 2 La UAI establecerá un procedimiento para asignar objetos en la categoría de “planeta enano” u otras categorías. 3 Esta categoría incluye la mayor parte de los asteroides, la mayor parte de los Objetos Trans-Neptunianos (TNOs), cometas, y otros cuerpos pequeños.

69 3 conceptos equivalentes
Un planeta es: por lejos el mayor objeto en su vecindad es el objeto gravitacionalmente dominante en su zona de influencia ha logrado limpiar de remanentes la vecindad de su órbita ver Stern & Levison (Highlights …, 2002) Basri & Brown (AREPS, 2006,34, 193) Sother (2006, AJ,132:2513)

70 El Sistema Solar a partir del 2006

71 Novedades posteriores
Plutón es incorporado en los catálogos de cuerpos menores. Se le asigna el número A 2003 UB313 se le asigna el nombre Eris (Discordia) y el número La resolución es adoptada mundialmente, pese al rechazo de un reducido grupo de astrónomos norteamericanos.

72 ¿Quiénes son los Enanos del Sistema Solar?
con la colaboración de S. Favre

73 ¿Qué nos dice la teoría?

74 Figuras de equilibrio para fluidos incompresibles
Elipsoide triaxial de Jacobi en rotación Esfera sin rotación Elipsoide oblato de Maclaurin en rotación

75 ¿Y en el caso de cuerpos sólidos?
La transición entre figuras de equilibrio y aquellas dominadas por la resistencia del material, se da cuando para una altura h sobre la superficie, el esfuerzo de deformación se ve superado por el esfuerzo gravitacional local. S – resistencia del material ;  - densidad ; g – gravedad superficial ; R – radio del objeto ; G – cte. de la Grav. Universal Definimos un objeto “redondo” como aquel para el cual h<R/10 , por tanto

76

77 ¿Qué nos dice la observación?

78 El límite para los rocosos
Modelo 2 Pallas 570×525×500 km 1 Ceres 975x975×909 km 4 Vesta 578×560×458 km

79 El sistema Plutón-Caronte
Diámetro (km) Masa (kg) Plutón 2274 1.27x1022 Caronte 1172 1.90x1021 Representación de cómo se vería

80 La curva de luz de un elipsoide triaxial

81 Algunos ejemplos de curvas de luz de TNOs

82 Orcus Sedna Quaoar

83 Criterios y número de “planetas enanos”
Para objetos rocosos el límite Diámetro > 600 km Para objetos helados el límite Diámetro > 400 km Enano rocoso 1 Ceres Enanos helados 39 candidatos 12 seguros (incluyendo Plutón y Eris) 5 posibles 3 descartados 19 inciertos

84 Lista de enanos rocosos
Nombre Tamaño axbxc (km) Enano? (1) Ceres 975 x 975 x 909 Sí (2) Pallas 574 x 526 x 501 No (4) Vesta 567 x 539 x 428

85 Lista de enanos helados
Número Nombre Designación D (km) Enano 136199 Eris 2003 UB313 2490 Sí 134340 Pluto 2368 90377 Sedna VB12 * 2011 136472 2005 FY9 1970 ? 90482 Orcus 2004 DW * 1457 136108 EL61 1346 50000 Quaoar 2002 LM60 1260 55637 UX25 * 801 No MW12 * 730 MS4 2006 QH181 *730 55565 AW197 705 145452 RN43 * 697 AZ84 Sí? 84522 TC302 145453 RR43 * 666 90568 GV9 15874 1996 TL66 638 120178 OP32 * 636 Número Nombre Designación D (km) Enano 47171 1999 TC36 622 Sí? 84922 2003 VS2 * 607 No 42301 2001 UR163 20000 Varuna 2000 WR106 586 Sí QW90 * 554 ? 120347 2004 SB60 119951 2002 KX14 145451 2005 RM43 120348 TY364 * 529 XR190 144897 UX10 * 505 PR107 KW14 38628 Huya EB173 500 145480 TB190 * 482 26375 DE9 QF298 28978 Ixion KX76 480 55636 TX300 478 24835 1995 SM55 * 461

86 Lista de “Planetas Enanos”
Caso I – Medida directa de su forma (3) (136199) Eris, (134340) Pluto, (1) Ceres Caso II – Esfera o elipsoide de MacLaurin con algunas manchas de albedo (8 + 5?) (90377) Sedna, (90482) Orcus, (50000) Quaoar, (55565), 2003AZ84 ?, (15874), (47171) ?, (42301) ?, (38628) Huya, (26375) ?, 2001QF298 ?, (28978) Ixion, (55636) Caso III – Elipoide de Jacobi de densidad aceptable (2) (136108), (20000) Varuna

87 Conclusiones 8 planetas, varios “planetas enanos” y millones de cuerpos menores (asteroides y cometas) Menos planetas para recordar pero un Sistema Solar mas rico en categorías de objetos a estudiar. Una definición histórica con repercusiones en el ámbito educativo y cultural. Una lección de democracia.

88 Presentación disponible en http://www.astronomia.edu.uy/Charlas