Este documento trata sobre los componentes del sistema solar

1. Sistema Solar
Sistema Solar, Formación, Planetas,
Satélites y Cuerpos menores
FIA 0111- Astronomia Nelson Padilla (P. U. Catolica)

2. Plutón
Plutón fue descubierto por accidente
por Tombaugh en 1930, pero
buscado desde 1896, y con
tenacidad por Percival Lowell desde
1906.
Imagen procesada de Plutón y Caronte
tomada con el telescopio espacial
Hubble.
Plutón es el planeta con el plano de la
órbita más inclinado de todos (17.2
grados con respecto a la eclíptica).
La órbita de Caronte esta inclinada 118
grados con respecto a la eclíptica.
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New Horizons

3. Plutón
La órbita de Plutón es elíptica,
intersectando la de
Neptuno, pero está
inclinada con respecto a la
eclíptica y en resonancia.
Pueden chocar dos planetas?
Es muy improbable, pero no
imposible, y ciertamente
ocurrió en el pasado.
Cuán estable es el Sistema
Solar? Las simulaciones
indican que es estable en
escalas de tiempo largas,
pero no sabemos con
certeza a muy largo plazo.
2010
2010

4. Descubrimiento de Sedna (Mar 2004)
Objetos del Cinturón de Kuiper
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5. Alan Taylor
Cuerpos del Sistema Solar ordenados por tamaños
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6. KBOs descubiertos en los ultimos 20 años
Alan Taylor
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7. Migraciones a gran escala en el Sistema Solar:
• Jupiter migró hacia adentro, empujando todos los planetas interiores.
• Neptuno migró hacia afuera, empujando a Plutón y los KBOs.
Migración
Gomes 2003, Hainaut 2007

8. Cometas
Los cometas son cuerpos
hechos de hielo sucio (hielo
H2O, CO2, metano, amoníaco,
polvo).
Al pasar cerca del Sol, material
del núcleo se evapora
formando la cola.
Cola iónica: de iones, azulada
Cola de polvo: de gas y polvo,
muy extendida, amarilla.
Pueden partirse al pasar cerca
del Sol, dando orígen a lluvias
de meteoros.
Cometa Halley

9. Órbitas de cometas
Las órbitas de los cometas no estan en el
plano de la eclíptica y son elípticas. Esas
órbitas los pueden llevar muy cerca del
Sol.

10. La nube de Oort
representa la
conexión que nos
queda con el
Sistema Solar
primitivo. Los
cometas que
vienen de ella son
muestras de la
materia original
del Sistema Solar.
Cometas

11. Cometas
Núcleo
Coma Cometa
Cola
Los cometas son casi todo
espacio vacío.
Cometa Halley tomado por la
nave europea Giotto.

12. Cometas
Componentes de un
cometa. El núcleo es un
iceberg sucio, de hielo
de: agua H2O, metano
CH4, amoníaco NH3 y
hielo seco CO2. Ese
hielo se sublima al ser
calentado por el Sol.
Partes del núcleo son
muy oscuras, cubiertas
de polvo rico en carbono.
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13. Cometas
Cometa McNaught de la Nube de Oort en Febrero 2007. Los cometas pueden ser
las fuentes principales de material organico y agua en el Sistema Solar interior.

14. Cometas
Eventualmente, los
cometas que ingresan al
sistema solar interior se
evaporan y disgregan.
Cometa Hale-Bopp
Los cometas pueden ser las fuentes principales de material organico y agua en el Sistema Solar interior.

15. Cometa 67P/Churiumov-Guerasimenko
Nave Rosetta - sonda Philae
Composición e isótopos de agua de la coma es diferente
que de la tierra (agua proviene entonces de asteroides?)
Este cometa no posee campo magnético (el campo no varía
con la distancia al cometa, por lo que su origen es otro
(viento solar por ejemplo). El campo magnético de los
objetos del sistema solar no viene de los bloques que se
unieron para formarlos.

16. Asteroides
Traza de asteroide
vista en una
imagen del
Telescopio
Espacial

17. Asteroides
Los asteroides son
objetos rocosos
pequeños y sin
atmósfera que orbitan
alrededor del sol.
Se clasifican en 3 tipos de
acuerdo a su
composicion química:
Tipo F: metálicos
Tipo C: carbonaceos.
Tipo S: silicatos
(rocosos).
Asteroide Gaspra
10x10x20km
S-type
Galileo photo

18. Cinturón de Asteroides
J
M
El cinturón de
asteroides se
encuentra entre las
órbitas de Marte y
Jupiter.
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Teorías antiguas decían que los
asteroides serían los restos de
un planeta que había entre
Júpiter y Marte. Sin embargo,
si juntamos todos los cuerpos
del cinturón de asteroides, su
masa equivaldría solo a la de
una pequeña luna, de unos
1500 km de diámetro, menos
de la mitad de tamaño que la
Luna que tiene D=3500 km.

19. Cinturón de Asteroides
❧Los asteroides Troyanos están en la órbita de Júpiter, 60 grados
delante y detrás del planeta.

20. Tipos de Asteroides
Distancias al Sol Dust line Ice line
Cometas

21. NEOs
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Orbitas de los asteroides cercanos a la Tierra (NEOs)
conocidos. Existen unos 2000 NEOs conocidos con tamaño
mayor que 1 km.

22. Meteoros
Los meteoros son asteroides que ingresan a la atmósfera terrestre a alta
velocidad, dejando una estela mientras son evaporados por el roce con el
aire.
No todos llegan a la superficie, la mayoría son totalmente quemados en la
atmósfera.
Esos meteoritos que llegan a la superficie muestran señales de haber sido
derretidos por su ingreso a la atmósfera.
En el continente Antártico se encuentran meteoritos con mucha facilidad.

23. Meteoritos
Meteoritos
de distintos tipos:
Carbonaceos,
Silicatos,
y Ferrosos
(metálicos)
C
F
S S

24. Cometa Halley
96P/Machholz
5 Mayo
28 Julio
Eta Aquaridas
Delta Aquaridas
Ambas >20/hora
ORIGENFECHASLLUVIA
Lluvias de Meteoros

25. Colisiones Cósmicas
El cometa Shoemaker-Levy chocó con
Júpiter en 1994.Antes del choque, las
fuerzas tidales (de marea) del planeta lo
partieron en pedazos.
La colisión de los 12 pedazos mas grandes
tuvo efectos observables desde la Tierra.

26. Colisiones cósmicas
❧ Efectos de las colisiones en la historia terrestre
● Cráteres (que más tarde se erosionan)
● Extinciones masivas (que dan lugar a otras especies)
Arizona, hace 50.000 añosQuebec, hace 1,4 mill. de años
Meteoro de Chelyabinsk, Feb 2013
Tunguska, 1908

27. -
-
-
-
-
-
-
-
-
Cada mes
Cada año
Cada década
Cada siglo
Cada milenio
Cada 10000años
Cada 100000años
Cada millón
Cada 10millones
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
0.01 1 100 10000 metros
Tunguska
Extinción de
los dinosaurios
Frecuencia de Impactos
Frecuencia actual promedio de impactos de meteoritos de
distintos tamaños en la superficie de la Tierra.
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28. El próximo impacto?:
❧Apophis pasará más o menos cerca en el
13/4/2036:
❧270m
❧10E7kg
❧Visible!
❧3% probabilidad inicial de choque
❧probabilidad actual: 1/250.000

29. Sistema Solar
Sistema Solar, Formación, Planetas,
Satélites y Cuerpos menores
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30. Formación del sistema solar
El Sistema Solar es muy regular, esto no se explica por
las leyes de Kepler o Newton. Los modelos de
formación deben explicar propiedades importantes:
– todos los planetas están relativamente aislados
– las órbitas están en el mismo plano
– las órbitas son casi circulares
– todos se mueven en el mismo sentido alrededor del Sol
– todos giran en el mismo sentido alrededor de sus ejes
– las lunas también se mueven en el mismo sentido
– existen cuerpos menores con órbitas elípticas
– el sistema está altamente diferenciado

31. Pistas dadas por otras estrellas

32. Formación del sistema solar
• La nebulosa solar
– nube molecular (polvo y
gas)
– colapso gravitatorio
– formación del disco
• Etapa T Tauri
– evaporación del disco
• Formación de planetas
– Condensación de
protoplanetas
– Colisiones numerosas
HST/NASA

33. La nebulosa Solar, TTau
La nebulosa primordial gira, por lo que cuando se
contrae adquiere una forma achatada, como un
disco.
Durante la etapa T Tauri, los vientos estelares
despejan el material remanente de la nebulosa
original.
Los planetas mas interiores son mas
influenciados por la radiación y vientos solares.
Por ejemplo, sus atmósferas primordiales se
evaporaron. La atmósfera actual de la Tierra no
es la original, sino que es una atmósfera
secundaria resultante de actividad volcánica.
Los planetas exteriores no son tan influenciados
por la estrella central, manteniendo sus masas
y atmósferas primordiales.

34. Condensación de planetas
Los protoplanetas se condensan en el disco que queda girando
alrededor de la estrella joven.
Esos protoplanetas son muy pequeños y numerosos al principio, pero a
través de colisiones con material del disco se van haciendo mas
grandes. A medida que crecen, limpian su órbita de otros cuerpos
menores, los cuales son comidos o son expulsados del sistema. De
los cientos de protoplanetas, solo unos 10 sobreviven.
Finalmente, los planetas terminan aislados en órbitas
aproximadamente circulares, donde las colisiones son muy raras.

35. Discos
En estrellas jóvenes
podemos observar
discos, los cuales se
cree que darán orígen
a sistemas planetarios
como el del Sol.
Por ejemplo, la estrella
cercana Beta Pictoris
tiene un disco mas
grande que todo el
sistema solar, visible
en luz infraroja.

36. Imagen de disco
protoplanetario tomada
por ALMA en 2014

37. Restos de la formación del Sistema Solar
La nube de Oort
representa la
conexión que nos
queda con el
Sistema Solar
primitivo.
Los cometas que
vienen de ella son
muestras de la
materia original del
Sistema Solar.

38. La nebulosa Solar

39. ■ La nebulosa Solar esta hecha de H y He, con muy pocos elementos pesados (2%).
■ Hace 4500 millones de años esos elementos pesados se condensaron como polvo en el
disco interno, y como polvo + hielo en el disco externo.
■ La teoría dice que Júpiter se forma más allá de la línea de nieve, a unas > 5 AU.
2000K 300K 50K
Metales
Rocas
Hielo
H2O
Hielos:
seco CO2,
metano CH4,
amoníaco NH3,
N2
T ~ L1/4 /d1/2
Protosol
Formación del Sistema Solar
FIA 0111- Astronomia Nelson Padilla (P. U. Catolica)

40. Componentes del sistema solar
• Sol
• Planetas terrestres
• Planetas jovianos
• Cuerpos menores
– Planetas menores
– lunas
– asteroides
– cometas
– polvo, gas
– meteoros
NASA

41. Formación del sistema solar
200,000 AU 10,000 AU 500 AU
100 AU 100 AU 50 AU

42. Formación de planetas terrestres
durante etapa pre secuencia ppal.

43. Evolución del sistema solar a futuro
El sol se calentará gradualmente, convirtiendo a la Tierra en una especie de Venus, y a
Marte en un lugar con agua líquida. La zona habitable se correrá a mayores distancias del
Sol.
En unos 5000 millones de años, el Sol se convertirá en una Gigante roja.
Eventualmente se liberará de sus capas exteriores y continuará viviendo como una enana
blanca.

44. Qué es la vida? Concepto difícil de definir.
• Células con patrones ordenados? ADN?
• Crecimiento y desarrollo? Se requieren nutrientes...
• Reproducción?
• Uso de energía?
• Respuesta al ambiente?
• Requiere líquido (ejemplo: agua)?
• Adaptación evolucionaria?
Hay que definir “vida” con cuidado.
Puede haber migrado la vida a la Tierra?

45. 6
Qué significa habitabilidad para nosotros?
• Temperatura adecuada
• Agua líquida
• Aire
• Luz para temperatura agradable y
para “ver”
• Escudo de radiación
• Escudo de asteroides

46. Qué afecta la temperatura?
• Queremos temperaturas que permitan agua
líquida en la superficie de un planeta
1. Temperatura de la estrella
2. Distancia a la estrella
3. Forma de la órbita del planeta: no muy elíptica
4. Atmósfera planetaria: gases efecto invernadero
• Esto da forma a la zona habitable de una estrella

47. Zona habitable para varios tipos de estrella
La zona habitable es aquella donde se espera que haya agua líquida en la superficie
de un planeta (Kasting, Whitmire and Reynolds, 1993)

48. Buscando planetas habitables
Ecuación de Drake N = R* fp ne fl fi fc fL
N = número de civilizaciones
R* = tasa de formación de estrellas adecuadas
– único término bien conocido
fp = fracción de esas estrellas con planetas.
-- cada vez hay mas evidencia que esto es común
ne = Número de planetas “terrestres” alrededor de cada una de estas
estrellas (aun desconocido)
fl = fracción de esos planetas donde se da la vida
fi = la fracción de estos donde se da vida inteligente
fc = la fracción de estos últimos donde se desarrolla comunicación via
ondas electro-magnéticas
L = vida media de civilización comunicativa (aun desconocido…)

49. Definiciones básicas para planetas extrasolares
• Objetos que no tienen fusión nuclear en su interior (menos de 13 masas
de Júpiter para metalicidad solar). A veces, por errores en masa y
metalicidades regularmente altos, el límite se fija en 20 o 25 MJ.
• Masa mínima para planeta extrasolar debe ser la misma que para
planetas en nuestro sistema solar.
• El objeto debe orbitar una estrella (o remanente) sin importar cómo se
formó. Objetos libres en cúmulos estelares que cumplan con los límites
de masa no son “planetas”, si no sub-enanas marrones.

50. Métodos para encontrar planetas extrasolares (~1700 hasta ahora)
Method Derive Mass Limit Status
Pulsar Timing τ ; mp/Ms Lunar Successful (15)
Radial Velocity τ ; mp *sin I ; e super-EarthSuccessful (682)
Astrometry τ ; mp ; a ; Ds
Ground sub-Jupiter In development
Space super-EarthUnder study
Transit Photometry τ ; Αp ; a ; I ; Ds ; Successful (942)
Ground atm comp. sub-Jupiter numerous groups
Space sub-Jupiter HST, Spitzer,
Space sub-Earth CoRoT, Kepler
Reflection Photo. τ ; albedo*Ap ; a ;
Space atm comp. sub-Jupiter Kepler
Microlensing: f(m,Ms ,r,Ds,DL )
Ground super-EarthOGLE (20)
Direct Imaging τ ; albedo*Ap ; a ; I ; Successful (30)
Space e ; Ds ; atm comp. Earth numerous groups
(Source: http://exoplanet.eu/)
τ=period, a=semi-major axis, mp=planet mass, Ap=planet area, I=orbit inclination, e=eccentricity, Ds=distance to star

51. HR 8799
Ejemplos:

52. Tamaños esperados para distintos tipos de planetas

53. Misión Kepler
http://archive.stsci.edu/kepler/
42 CCDs =
95 Mpix
solo 5% de
los pixeles se
envían a
Tierra
Lanzado en 2009 (3.5 años)
espejo de 1.4m y campo=105 deg2
Fotometría precisa (20ppm)
monitorea >145,000 estrellas
planet candidates

54. http://archive.stsci.edu/kepler/
Más de 4900 hasta ppios 2016, 1044 confirmados

55. Frontera de exoplanetas en temperatura
superficial y masa.

56. Porqué son mejores las estrellas pequeñas (tipo M) para buscar planetas
extrasolares?
A. Estrellas tipo M tienen más chances de tener planetas pequeños
(terrestres)
B. Estas estrellas tienen una zona habitable mas compacta (0.1 AU)
C. tienen menos masa (0.1 MSol)
D. tienen vidas más largas (~13 Gyrs)
E. son las más abundantes en nuestra galaxia.

57. Conceptos clave:
Cuál es la teoría de formación del sistema solar? Qué evidencia hay a
su favor?
El sistema solar siempre está evolucionando.
Qué es la vida? Podemos definirla?
Qué características de la Tierra son importantes para la vida? Cómo se
relaciona esto con lo que podríamos considerar como un planeta
habitable?
Qué puede afectar la zona habitable? Masa de la estrella, composición,
evolución, distancia del planeta, dinámica, migración, etc.
Usar la ecuación de Drake para tratar de cuantificar la existencia de
vida comunicativa. Qué tan bien se conocen sus parámetros?
Cómo buscamos planetas? Cómo hacemos para saber sus
propiedades?
Formación y búsqueda de planetas