PRIMA PAGINA   INTERVIURI   CONTACT

 

 


inperspectiva.ro

 

 


 

STIINTA


inperspectiva.roDr. Mirel Birlan- Astronom, Observatorul din Paris

Sistemul Solar si planetele telurice

 

 

 

Locuim pe o planeta numita Pamant. Ce stim despre ea si locul pe care il ocupa in Univers?

Pamantul este o planeta ce se afla intr-un sistem planetar ce-si efectueaza miscarea in jurul unei stele numita Soare. Sistemul Solar este alcatuit dintr-o stea centrala, Soarele si din opt planete mari. Aceasta este imaginea cea mai simplista pe care o putem avea. In fapt, in Sistemul Solar sunt o multime de alte obiecte. In jurul planetelor mari se rotesc satelitii naturali. In cazul Pamantului, singurul satelit se numeste Luna. In ordinea distantei lor fata de Soare, planetele mari sunt: Mercur, Venus, Pamantul, Marte, Jupiter, Saturn, Uranus si Neptun. Planetele mari se pot grupa in planete interne si planete externe ale Sistemului Solar. Tot in cadrul Sistemului Solar se gasesc peste 700 mii de mici corpuri, cu dimensiuni intre 2000 kilometri diametru si cateva zeci de metri diametru. O buna parte din aceste obiecte isi efectueaza miscarea de revolutie pe orbite aflate intre planetele Marte si Jupiter. Acolo se intalneste centura de asteroizi. O alta aglomerare de mici corpuri, din care cunoastem actualmente doar aproximativ 1000 obiecte, se afla dincolo de orbita planetei Neptun. Cele o mie de obiecte se gasesc intr-o centura de obiecte care a fost prezisa de astronomul Kuiper. Astronomii fac referire la aceste obiecte denumindu-le obiectele din centura lui Kuiper.

 

Pana unde se intinde Sistemul Solar?

Pentru a raspunde la intrebare ne trebuie o unitate de masura. Asa cum masuram in viata de toate zilele cu un metru, in cazul nostru o sa luam ca unitate de masura distanta intre Soare si Pamant. O vom numi unitate astronomica.

Cea mai departata planeta mare este planeta Neptun. Ea se roteste in jurul Soarelui la aproximativ 30 de unitati astronomice. Desi este departe de Soare, frontiera Sistemului Solar este mult mai departata. In principiu ea este determinata de distanta la care campul gravitational al Soarelui devine nesemnificativa. Aceasta distanta este undeva la 63 mii de unitati astronomice.

inperspectiva.ro

Ce stim despre formarea Sistemului Solar?

Formarea Sistemului Solar si in general formarea sistemelor planetare in jurul altor stele se bazeaza pe un proces fizic care se cheama acretie. Materia  dintr-un nor de praf si de gaz, aflata in Univers, incepe sa se acreteze, adica sa se acumuleze spre centrul de masa al norului. Inceputul acretiei poate fi de exemplu explozia unei supernove si trecerea  undei de soc prin acel nor de praf si gaze. Praful si gazul incepe sa se roteasca in jurul centrului de masa si se va forma un disc de materie. Marea majoritate a materiei din nor se va aduna in centrul sistemului  si va  forma viitoarea stea centrala. Restul de materie din discul protoplanetar va incepe sa acumuleze pe centri de condensare. Inchipuiti-va un bulgare de zapada pe care il formam dupa ninsoare si pe care apoi il rostogolim si il facem din ce in ce mai mare. Efectul cumulativ de materie duce la formarea proto-planetelor, ceea ce vor deveni ulterior planetele mari sau mici planete (asteroizi, comete, sateliti). Pe masura ce cresc ele aduna si mai multa materie. Se creaza astfel o competitie intre diversii centrii de acretie.  Scenariul acesta poate explica si forma actuala a sistemului nostru solar in care Soarele are 99% din materie, iar celelelte opt planete majore contin foarte putin material comparativ cu Soarele. Compozitia Soarelui este dominata de hidrogen (92% din volumul lui si 75% din masa lui).

 

Ce stim despre varsta Sistemului Solar?

Sistemul solar este aproximativ la jumatatea varstei, varsta lui fiind estimata la 4,5 miliarde de ani. Procesul de acretie este considerat un proces rapid, petrecut in milioane sau zeci de milioane de ani. Acest proces este insignifiant comparativ cu perioada de cand Soarele a inceput sa emita energie prin fuziunea atomilor de hidrogen din compozitia lui.

inperspectiva.ro

Unde se afla Sistemul nostru solar in Galaxie?

Galaxia noastra poate fi observata in noptile senine ca un brau alb pe sfera cereasca. Se numeste in mod familiar Calea Laptelui. Calea Laptelui este o galaxie spirala cu cinci brate ce contin peste 300 miliarde stele. Sistemul nostru solar se afla undeva la periferia bratului Orion. Soarele nostru este doar o modesta stea in miliardele de stele ale Galaxiei noastre. Unele stele sunt gigantice comparativ cu Soarele si pot avea de doua sute de ori masa Soarelui. Procesul de ardere este mult mai rapid in aceste stele.  Gigantele albastre de exemplu sunt stele de 18 ori mai masive ca Soarele. Ele vor sfarsi printr-o supernova, dar se vor consuma mult mai rapid pentru ca sunt mari si trebuie sa consume mult hidrogen ca sa se intretina echilibrul de forte intre gravitatie si fortele nucleare. Astfel, o stea de zece ori mai masiva ca Soarele va avea un timp de viata de aproximativ 100 milioane ani si va sfarsi intr-un mod catastrofic, printr-o supernova. In cazul Soarelui, masa lui relativ modesta ii permita sa arda mult mai mult timp, inca 4,5 miliarde de ani de acum incolo.

 

Cum va arata Sistemul nostru solar catre sfarsitul existentei lui?

Soarele isi mentine echilibrul straturilor externe cu energia eliberata de fuziunea hidrogenului.In interiorul Soarelui, in zona centrala temperaturile sunt de ordinul a 15 milioane de grade Kelvin. Aceasta temperatura permite sa se declanseze reactiile termonucleare si sa se autointretina aceasta centrala de fuziune nucleara. Hidrogenul se combina in interiorul soarelui si prin reactii de fuziune nucleara se formeaza heliul. In aceeasi reactie se elibereaza si alte particule, dar ceea ce e si mai important, se elibereaza energie. Aceasta energie se va distribui in spatiu, iar o parte infima din ea a permis aparitia vietii pe Pamant. In momentul in care hidrogenul, se va consuma, va fi randul heliului sa se combine si sa dea nastere la elemente chimice de masa atomica mai mare: carbonul si beriliul. Reactia este exoterma, se va elibera energie. Dar, combinatia respectiva se produce cu cresterea dimensiunii Soarelui. In momentul arderii  heliului partea exterioara a Soarelui va incepe sa se extinda,  Soarele se va expanda dincolo de nivelul orbitei lui Venus. Planetele Mercur si Venus se vor dezintegra ca urmarea temperaturilor ridicate din zonele unde ele se afla acum. Cel mai probabil Pamantul  si Marte vor suferi modificari notabile, parjolite de temperaturile ridicate ale straturilor exterioare ale gazelor din Soare. Acest stadiu de evolutie este acela in care  Soarele se va transforma intr-o giganta rosie. Stadiul de giganta rosie a Soarelui este unul de scurta durata. In fapt, totul este o problema de echilibru intre forta de autogravitatie si fortele nucleare. Consumarea combustibilului Soarelui duce la un dezechilibru intre cele doua. Forta gravitationala va aduna din nou materia cat mai aproape de centrul de masa. Ceea ce a mai ramas din Soare va incepe incet incet sa se raceasca si in final Soarele va deveni o mica stea, ceea ce in astrofizica se numeste pitica alba.

inperspectiva.ro

 

Planetele interne

 

Ce trebuie stiut despre sistemul planetelor care sunt in jurul Soarelui?

Planetele mari se pot clasifica in planete interne si planete externe. Planetele interne sunt: Mercur, Venus, Pamantul si Marte. Deoarece planetele interne sunt caracterizate printr-o suprafata solida ele se mai numesc si planete telurice. Unele din ele prezinta o atmosfera densa (cazul Pamantului), altele au o atmosfera rarefiata (in cazul planetei Mercur partea gazoasa este atat de rarefiata incat se numeste exosfera).

 

De ce opt planete mari? Daca rasfoim cartile cu notiuni de astronomie vom constata ca pana acum un deceniu, Sistemul Solar continea noua planete.

Intr-adevar, am pierdut o planeta mare! Toata enigma este o problema de definitie a unei planete. In anul 2006 Uniunea Astronomica Internationala, la Adunarea Generala de la Praga, a discutat si adoptat noua paradigma a Sistemului Solar. Cu aceasta ocazia s-au aprobat noile definitii si categoriile de corpuri din Sistemul Solar. Astfel, din 2006 in Sistemul Solar s-a introdus categoria de planeta pitica si o definitie corespunzatoare acestei categorii. Cea de-a noua planeta (Pluto in acel moment) a devenit prima planeta pitica. Categoria planetelor pitice contine actualmente cinci astfel de corpuri care orbiteaza in jurul Soarelui. O parte din planetele pitice se gasesc intre Marte si Jupiter, in centura asteroidala.

 

Ati amintit de centura principala asteroidala  si de numarul mare de obiecte din aceasta centura. De ce atat de multe obiecte intre Marte si Jupiter?

Scenariul de formare a Sistemului Solar trebuie sa explice deopotriva formarea stelei centrale (a Soarelui), formarea planetelor mari si deopotriva formarea planetelor pitice si a micilor corpuri (asteroizii si cometele). Prezenta unei centuri de mici corpuri intre Marte si Jupiter poate fi usor de explicat daca facem ipoteza ca procesul de acretie a lui Jupiter a fost mai rapid decat al celorlalte centre de acretie. Astfel, o planeta Jupiter care s-a format o clipa mai repede decat celelalte planete va produce un camp gravitational corespunzator dimensiunii ei. Rezultatul va fi crearea unei zone de instabilitate in discul protoplanetar, urmarea echilibrului intre campul gravitational al Soarelui si cel al lui Jupiter. Aceasta zona in Sistemul Solar este cea dintre Marte si Jupiter, locul unde exista centura principala de asteroizi. Aceasta este egalmente zona de tranzitie intre planetele telurice si planetele mari (planetele gazoase).

 

inperspectiva.ro

Puteti sa ne prezentati planetele interne? Mercur de exemplu.

Cea mai apropiata planeta de Soare este Mercur. Ea poarta numele din mitologia romana, Mercur, zeul mesager fiind omologul zeului Hermes din mitologia greaca. Mercur este o planeta care sufera de arsita. Mercur face un tur complet in jurul Soarelui in 88 zile terestre. Diametrul ei este de trei ori mai mic decat cel al Pamantului si are o masa egala cu a 20-a parte din cea a Pamantului. Densitatea ei este aproape aceeasi cu a Pamantului. Ultima misiune spatiala ce a vizitat si studiat planeta Mercur a fost misiunea americana Messenger. Misiunea Messenger a studiat planeta Mercur intre 2008 si 2009, iar studiile au vizat formele de relief ale planetei, exosfera acestuia.  Viitoarea misiune spatiala de investigare a planetei Mercur va fi o colaborare intre Agentia Spatiala Europeana si Agentia Spatiala Japoneze si se va numi Beppi-Colombo.

Mercur nu are atmosfera, deoarece  are dimensiuni relativ mici (aproximativ 4880 km diametru). Campul ei gravitational nu permite sa pastreze o atmosfera de o maniera permanenta.  In cazul lui Mercur, dat fiind faptul ca nu are atmosfera, formele de relief sunt datorate in parte procesului de acretie. O mare parte din formele de relief sunt datorate ciocnirilor cu mici corpuri din Sistemul Solar. Craterele astfel create sunt o marturie a istoriei zbuciumate a unui corp ceresc de o varsta respectabila de aproape 4,5 miliarde de ani. Mercur nu are nici un satelit natural.

Mercur isi efectueaza revolutia aproape de planul ecliptic (planul ecliptic este acela in care se gaseste orbita Pamantului). Orbita lui Mercur este un cerc alungit, o elipsa. Putina lume stie, dar observatiile orbitei lui Mercur au servit ca baza experimentala pentru a verifica si confirma teoria relativitatii generale emisa de Albert Einstein acum o suta de ani.

 

Ce ar trebui sa stim despre planeta Venus?

Planeta Venus  este geamana Pamantului pentru ca are o dimensiune comparabila cu cea a Pamantului. Diametrul planetei Venus este de 12000 kilometri. Planeta Venus se invarte in jurul unei axe proprii, insa  invers in raport cu celelalte planete. Spunem ca Venus are o rotatie retrograda. Perioada de rotatie a planetei este de 243 zile, mai mare decat perioada de revolutie (rotatia in jurul Soarelui este de 224 zile). Venus dispune de o atmosfera densa si opaca. O estimare a presiunii atmosferice la nivelul solului venusian ne permite sa aflam ca atmosfera este de 90 ori mai densa ca pe Pamant. In proportie de 96% atmosfera este compusa din dioxid de carbon. In atmosfera au mai fost identificare si alte molecule, in cantitate mult mai mica: azot, dioxid de sulf, apa, oxid de carbon, acid clorhidic si acid fluorhidric. Efectul de sera produs de atmosfera venusiana produce la sol o temperatura in jurul valorii de 450 grade Celsius. Planeta Venus este o planeta vulcanica. Cu ajutorul radarelor imbarcate pe sonde spatiale, s-a putut sonda aceasta atmosfera opaca si trasa harta reliefului venusian. Muntii de pe planeta Venus prezinta vulcani activi care asigura in fapt echilibrul termic intre partea solida a planetei si atmosfera. Astfel, vulcanii devin periodic activi in acest fel deversand pe versanti lava si energia in surplus a interiorului venusian. Suprafata venusiana este o suprafata tanara, sculptata esentialmente de aceste scurgeri de lava. Una din sondele spatiale care a observat multi timp planeta Venus a fost lansata de Agentia Spatiala Europeana si s-a numit Venus Express.



inperspectiva.roFigura: Planeta Venus observata cu telescopul de 3metri diametru IRTF localizat in Mauna Kea. Imaginea a fost obtinuta la 14 decembrie 2010 in infrarosu apropiat intre 2,2 si 2,5 microni. In imagine se poate vedea faza lui Venus reprezentata de partea iluminata. Partea umbrita a lui Venus permite distingerea clara a formatiunilor noroase in atmosfera densa a planetei. Linia verticala intunecata din imagine este legata de modul de observare a planetei de catre telescop. © M.Birlan


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



Cum este vazut Pamantul dinv punctul de vedere al unui astronom?

Pamantul este a treia planeta de la Soare.  Cand vorbim despre planeta Pamant vorbim in fapt despre sistemul Pamant-Luna. Pamantul are un satelit, Luna, situat la aproximativ 380 000 km de centrul lui. Luna, satelitul natural al Pamantului, este un obiect extrem de mare, diametrul sau este de 3400 kilometri. Cum s-a putut crea acest sistem Pamant – Luna si cum a evoluat? Teoria unanim acceptata este ca Luna s-a format urmarea  unei ciocniri a Pamantului cu un alt obiect din Sistemul Solar, in momentul formarii acestuia. O parte din materia expulzata, s-a adunat/acretat ulterior in ceea ce reprezinta un satelit natural al Pamantului, care este Luna. Pamantul este o planeta al carui diametru este de aproximativ 12800 kilometri. Axa lui de rotatie este inclinata fata de planul in care isi efectueaza miscarea de rotatie in jurul Soarelui, cu aproximativ 23 grade. Aceasta inclinare este reponsabila de aparitia sezoanelor pe Pamant. Atunci cand razele solare cad aproape perpendicular pe suprafata Pamantului, insolatia este mai importanta, si definim sezonul cald, care in zonele temperate este sezonul de vara. Atunci cand razele Soarelui sunt oblice, insolatia este mai mica, temperatura suprafetei in cauza scade si in zonele temperate vom avea sezonul de iarna. De o maniera generala, toate planetele care au o axa de rotatie inclinata fata de orbita lor de revolutie (rotatia in jurul Soarelui) prezinta sezoane.

Pamantul se remarca, in comparatie cu Mercur si Venus, printr-un exces de apa. In plus o buna parte din apa de pe Pamant este in faza lichida. De unde provine acest exces de apa?

Intrucat Pamantul a avut o istorie in care temperaturile lui au fost extrem de ridicate, apa continuta din timpul procesului de acretie ar trebui sa se fi evaporat si apoi sa se fi pierdut in spatiul interplanetar. Excesul de apa existent pe Pamant nu il putem explica decat prin interactia lui cu alte corpuri care contin apa, cometele si asteroizii. Excesul de apa nu se poate explica decat printr-o perioada de ciocniri intense ale Pamantului cu aceste obiecte, care vor aduce apa din oceanele ce acopera 2/3 din suprafata lui. Studiul celorlalte corpuri ale Sistemului Solar au putut pune in evidenta faptul ca aceasta perioada a existat acum 3,8 miliarde de ani. Asa-numitul "bombardament tardiv" este pus in evidenta de craterele existente pe Luna si de analiza in laborator a materialului lunar.

Viata pe Pamant este in mare parte datorata apei in faza lichida si a carbonului care a permis evolutia unor structuri moleculare complexe. Desi acesta este un subiect vast, astronomia are rolul ei in argumentarea aparitiei si evolutiei acestor structuri moleculare complexe.

 

Cum ar fi fost Pamantul fara Luna?

Imi este greu sa spun cum ar fi fost Pamantul fara Luna.  Cert este ca n-am mai fi avut mareele lunare. Multa lume speculeaza pe tema existentei sistemului Pamant-Luna, Luna ar fi intr-o oarecare masura protectorul Pamantului. Multe din ciocnirile cu alte mici corpuri din Sistemul Solar s-au produs cu satelitul natural al Pamantului. Exista studii si teorii privind stabilizarea axei de rotatie a Pamantului datorita Lunii. Este adevarat ca un sistem de doua corpuri permite sa se atinga mult mai repede o stare stabila si sa fie invariant  la o eventuala schimbare a axei de rotatie.

 

inperspectiva.roPlaneta Marte

Marte este o planeta care este putin mai mica ca Pamantul, diametrul ei este de 6800 kilometri. Orbita ei are semiaxa mare de aproximativ 1,6 unitati astronomice (o unitate astronomica este distanta intre Soare si Pamant). Ea are doi sateliti, Phobos si Deimos, obiecte mult mai mici decat planeta, cel mai probabil obiecte ale Sistemului Solar capturate de campul gravitational al acestei planete. Ultimele doua decenii au fost decenii de mari progrese stiintifice pentru studiul planetei Marte. Cred ca mai devreme sau mai tarziu omenirea va trebui sa inceapa sa instaleze, sa cucereasca alte lumi.  Conditiile sunt extreme, iar provocarea pentru omenire in incercarea de a coloniza alte obiecte din Sistemul Solar este foarte importanta si din punct de vedere tehnic, dar si din punct de vedere al vietii omului. Va dau un singur exemplu: la un moment dat am avut o misiune de observatie timp de doua saptamani in desertul Atacama, la observatoarele din La Silla si Cerro Paranal. Dupa doua saptamani de stat in desert,  mentalul spune ca-ti lipseste ceva, greu de definit. Mie intr-adevar imi lipsea ceva, acel ceva este insignifiant. Imi lipsea culoarea verde din tot ce ma inconjura. Eram intr-un peisaj in tente de  galben si oranj. Pana si fenomenul de fata morgana era in tenta de galben. Vreau sa spun ca omul mediu va avea etape de parcurs in a-si depasi conditia, mai ales pentru calatorii de luni sau ani de zile, intr-un mediu necunoscut. Sunt o multime de experimente (Biosfera, Mars 500), experimente in care oamenii incearca sa-si duca cu ei o parte din vegetatia de pe Pamant, incearca sa traisca intr-un mediu confinat, foarte restrins.  O astfel de aventura cu un echipaj uman, colonizarea unei alte planete este un plan extrem de costisitor.

Studiul planetei Marte este un exemplu de stiinta colaborativa, in sensul ca misiunile spatiale trimise spre Marte au fost organizate la nivel mondial. Agentia Spatiala Americana (NASA) trimite sonde spatiale ce se pun in orbita in jurul planetei Marte si roboti care sa studieze solul martian si sa caute apa in faza lichida pe aceasta planeta. Aceste misiuni spatiale sunt corelate cu cele ale Agentiei Spatiale Europene, cu sondele spatiale ale Rusiei, Japoniei, Chinei sau Indiei. Planeta Marte are, asemannator Pamantului, calote polare. Aceste calote polare sunt formate din dioxid de carbon inghetat si din apa in faza solida. Planeta Marte prezinta sezoane, similare cu cele ale  Pamantului. Atmosfera planetei Marte este insa una foarte rarefiata, de aproape o mie de ori mai rarefiata ca cea a Pamantului. Atmosfera martiana este  in mare majoritate (95%) compusa din dioxid de carbon, iar moleculele si atomii in mai mica cantitate sunt argonul, azotul si oxigenul. Cu toate ca atmosfera este rarefiata, s-au semnalat fenomene atmosferice de genul vanturilor sau a unei circulatii globale a speciilor chimice din atmosfera. Temperatura medie la suprafata planetei este de -60 grade Cesius.



      PRIMA PAGINA   INTERVIURI   CONTACT