Por que estudar o Sol? O SOL - Portal IAG · 2 σT 4 4πR p 2σ(fT p)4dp2 f - correção para o...

11
18/03/2013 1 USP- ATI2013 O SOL Astronomia para a Terceira Idade 2013 Nelson Vani Leister Imagens solar: Efeito Doppler (15/06/1960) Leighton, R.B e colaboradores Por que estudar o Sol? Por que estudar o Sol? d) O Sol como um laboratório de física a) Conexão com o clima. b) Interação com o meio interplanetário. c) O Sol como uma estrela. USP- ATI2013 Efeitos globais O equilíbrio da temperatura da Terra é mantido pelo balanço da entrada e saída da radiação. Energia Absorvida = Energia Emitida (1 -A)πR p 2 R 2 σT 4 4πR p 2 σ(fT p ) 4 d p 2 f - correção para o efeito estufa A – albedo (~0.4). Conexão o clima A cobertura de nuvens podem mudar. USP- ATI2013 Como se processam as mudanças globais na Terra? Como se processam as mudanças globais na Terra? USP- ATI2013 Como se processam as mudanças globais na Terra? USP- ATI2013 Efeitos globais O equilíbrio da temperatura da Terra é mantido pelo balanço da entrada e saída da radiação. Atividade solar pode ser responsável pela metade dos 0,6 graus de aquecimento global da Terra nos últimos 110 anos. Buraco na camada de ozônio pode ser afetada pela oscilação dos níveis da radiação UV. USP- ATI2013

Transcript of Por que estudar o Sol? O SOL - Portal IAG · 2 σT 4 4πR p 2σ(fT p)4dp2 f - correção para o...

Page 1: Por que estudar o Sol? O SOL - Portal IAG · 2 σT 4 4πR p 2σ(fT p)4dp2 f - correção para o efeito estufa A – albedo (~0.4). Conexão o clima A cobertura de nuvens podem mudar.

18/03/2013

1

USP- ATI2013

O SOL

Astronomia para a Terceira Idade2013

Nelson Vani Leister

Imagens solar: Efeito Doppler (15/06/1960) Leighton, R.B e colaboradores

Por que estudar o Sol?

Por que estudar o Sol?

d) O Sol como um laboratório de física

a) Conexão com o clima.

b) Interação com o meio interplanetário.

c) O Sol como uma estrela.

USP- ATI2013

Efeitos globais

• O equilíbrio da temperatura da Terra é mantido pelo balanço da entrada e saída da radiação.

Energia Absorvida = Energia Emitida

(1 -A)πRp2 R�

2 σT�

4 4πRp2σ(fTp)4dp

2

f - correção para o efeito estufaA – albedo (~0.4).

Conexão o clima

A cobertura de nuvens podem mudar.

USP- ATI2013

Como se processam as mudanças globais na Terra?

Como se processam as mudanças globais na Terra?

USP- ATI2013

Como se processam as mudanças globais na Terra?

USP- ATI2013

Efeitos globais

• O equilíbrio da temperatura da Terra é mantido pelo balanço da entrada e saída da radiação.

• Atividade solar pode ser responsável pela metade dos 0,6 graus de aquecimento global da Terra nos últimos 110 anos.

• Buraco na camada de ozônio pode ser afetada pela oscilação dos níveis da radiação UV.

USP- ATI2013

Page 2: Por que estudar o Sol? O SOL - Portal IAG · 2 σT 4 4πR p 2σ(fT p)4dp2 f - correção para o efeito estufa A – albedo (~0.4). Conexão o clima A cobertura de nuvens podem mudar.

18/03/2013

2

Efeitos globais

• Atividade solar pode ser responsável pela metade dos 0,6 graus de aquecimento global da Terra nos últimos 110 anos.

(1) O mundo está se aquecendo a uma velocidade como nunca visto, e

(2) Os seres humanos são o principal motivo da Terra estar se aquecendo.

Desde a revolução industrial, que começou em meados de 1800, os seres humanos alcançaram a magnitude de uma força geológica capaz de mudar o ambiente da Terra e afetar seu sistema climático.

USP- ATI2013

Efeitos globais

• O equilíbrio da temperatura da Terra é mantido pelo balanço da entrada e saída da radiação.

• Atividade solar pode ser responsável pela metade dos 0,6 graus de aquecimento global da Terra nos últimos 110 anos.

• Buraco na camada de ozônio pode ser afetada pela oscilação dos níveis da radiação UV.

USP- ATI2013

Por que estudar o Sol?

d) O Sol como um laboratório de física

a) Conexão o clima.

b) Interação com o meio interplanetário.

c) O Sol como uma estrela.

USP- ATI2013

O Programa

a) Aurorab) Raios Cósmicosc) Geomagnetismod) Glaciologiae) Gravidade

f) Ionosferag) Determinação latitude

e longitudeh) Meteorologiai) Sismologiaj) Atividade Solarh) Atmosfera Superior

1957 - Ano Geofísico Internacional

• (IGY) 01/julho/1957 - 31/dezembro/1958

O programa espacial

O programa espacialUSP- ATI2013

1957 - Ano Geofísico Internacional

O Explorer:

O programa espacial

Cronologia04/10/57 - URSS Sputnik 103/11/57 - URSS Sputnik 206/12/57 - USA Vanguard (*)31/01/58 - USA Explorer I

USP- ATI2013 USP

Entre o Sol e a Terra – Van Allen Belts

GEO

HEO

MEO

LEO

USP- ATI2013

Page 3: Por que estudar o Sol? O SOL - Portal IAG · 2 σT 4 4πR p 2σ(fT p)4dp2 f - correção para o efeito estufa A – albedo (~0.4). Conexão o clima A cobertura de nuvens podem mudar.

18/03/2013

3

Missão do TRACE é obter imagens da corona solar e a região de transição em alta resolução angular e temporal.

O principal objetivo científico do RHESSI é compreender como o vento solar é acelerado e qual o mecanismo de liberação de energia explosiva em plasmas magnetizados.

HINODO é um projeto conjunto Japão - Estados Unidos com objetivo de estudar a origem da emissão de luz “flares” solar.

Os bjetivos do programa Skylab foram: provar que os seres humanos poderiam viver e trabalhar no espaço por longos períodos, e expandir nosso conhecimento da astronomia solar além das observações de solo.

SDO objetiva obter informações a fim de entender onde a energia do Sol é produzida no interior, e como esta energia é armazenada e liberada na atmosfera do Sol

Por que estudar o Sol?

USP- ATI2013

ACRIM tem por objetivo monitorar a irradiância integrada do Sol (12/1999A).

O CLUSTER é uma missão com objetivo de investigar a magnetosfera da Terra, usando quatro naves idênticas simultaneamente a fim de estudar a interação entre o vento solar e a magnetosfera (07/2000A).

Os objetivos científicos da missão WIND são proporcionar um estudo completo do plasma das partículas energéticas e do campos magnéticos para os estudos da magnetosfera e ionosfera e estudar os processos básicos que ocorrem no vento solar próximo da Terra (11/2004A).

Advanced Composition Explorer (ACE) tem objetivo de observar as partículas de origem solar, interplanetária, interestelar e galáctica que medidas no intervalo de energia dos íons do vento solar aos dos raios cósmicos dos núcleos das galácticos (08/1997A).

ERBS foi concebido para investigar como a energia do sol é absorvida e re-radiada pela Terra. Compreender este processo ajuda a revelar padrões no tempo da Terra (10/1984 a 10/2005).

O TIMED tem como objetivo estudar as influências do Sol e dos seres humanos sobre a região da atmosfera terrestre - a mesosfera e a baixa termosfera/Ionosfera.

Por que estudar o Sol?

USP- ATI2013

Investigações científicas

• Pesquisa do campo magnético• Investigação das partículas de

baixa energia• Pesquisa do plasma• Pesquisa sobre os Raios cósmicos• Estudo das ondas de Plasma

Lançamento:

Voyager 1: 05/setembro/1977Voyager 2: 20/agosto/1977

USP- ATI2013

Por que estudar o Sol?

UlyssesLançamento 06/10/1990Massa 371 kgPeríodo 6 anos

USP- ATI2013

Por que estudar o Sol?

USP- ATI2013

Por que estudar o Sol?

USP- ATI2013

Por que estudar o Sol?

Page 4: Por que estudar o Sol? O SOL - Portal IAG · 2 σT 4 4πR p 2σ(fT p)4dp2 f - correção para o efeito estufa A – albedo (~0.4). Conexão o clima A cobertura de nuvens podem mudar.

18/03/2013

4

USP- ATI2013

Por que estudar o Sol?

Lançamento:02/dezembro/1995Instrumentação:

12 detectoresMDI - The Michelson (Doppler Imager)

- MagnetômetroEIT – Ultravioleta extremo

LASCO - coronógrafo

USP- ATI2013

Por que estudar o Sol?

SOHO - Proeminências

USP- ATI2013

Por que estudar o Sol? SOHO - Flare

USP- ATI2013

Por que estudar o Sol?

Objetivos:a) Compreender as causas e mecanismos da ejeção

de massa coronalb) Caracterizar a propagação através da heliosferac) Descobrir o mecanismo e o local da aceleração das

partículasd) Estudar a estrutura do vento solar.

Estudo da conexão Sol-Terra(25/10/2006)

USP- ATI2013

Por que estudar o Sol?

USP- ATI2013

Page 5: Por que estudar o Sol? O SOL - Portal IAG · 2 σT 4 4πR p 2σ(fT p)4dp2 f - correção para o efeito estufa A – albedo (~0.4). Conexão o clima A cobertura de nuvens podem mudar.

18/03/2013

5

STEREO - Regiões ativas

USP- ATI2013

APOD 2007 April 24Por que estudar o Sol?

USP USP- ATI2013

Por que estudar o Sol?

STEREO - EUVI 304 A

USP- ATI2013

STEREO - Regiões ativas

USP- ATI2013

STEREO - Regiões ativas

USP- ATI2013

STEREO - Proeminências

USP- ATI2013

Page 6: Por que estudar o Sol? O SOL - Portal IAG · 2 σT 4 4πR p 2σ(fT p)4dp2 f - correção para o efeito estufa A – albedo (~0.4). Conexão o clima A cobertura de nuvens podem mudar.

18/03/2013

6

Por que estudar o Sol?

Perda de massa ≈ 106 ton/s

Idade ≈ 5,0x109 anos

Massa ≈ 2,0 x 1030 kg

∆m m

% = 0,008%___

Como a Terra e a heliosfera respondem?

Como a Terra e a heliosfera respondem?

USP- ATI2013 Quais são os impactos sobre a Terra?

Quais são os impactos sobre a Terra?

USP- ATI2013

As Auroras

Quais são os impactos sobre a Terra?

USP- ATI2013

Aurora em Saturno Aurora em Júpiter

Quais são os impactos sobre os planetas?

USP- ATI2013

Por que estudar o Sol?

d) O Sol como um laboratório de física

a) Conexão o clima.

b) Interação com o meio interplanetário.

c) O Sol como uma estrela.

USP- ATI2013

Investigações Contemporâneas• Em 1980, o satélite Nimbus 7 levou um conjunto de

Experimentos para efetuar medidas de radiação. Radiômetros eletricamente Calibrado (ECR) monitorou o Sol

• Outras missões incluem:• Satélite para pesquisas da atmosfera(SRVAS)• Observatório Solar e Heliosférico (SOHO)• ACRIMSAT• Solar Radiation and Climate Experiment (SORCE)

24 Oct 1978

USP- ATI2013

Page 7: Por que estudar o Sol? O SOL - Portal IAG · 2 σT 4 4πR p 2σ(fT p)4dp2 f - correção para o efeito estufa A – albedo (~0.4). Conexão o clima A cobertura de nuvens podem mudar.

18/03/2013

7

Investigações Contemporâneas

• Dados do ACRIM mostram flutuações a curto prazo da TSI (Total Solar Irradiance) devido ao ciclo de 11 anos solares.

• Durante 11 anos do ciclo solar, a TSI varia anualmente entre 0,1% -1,4 W/m2.

• Irradiância espectral causa essa dependência com o comprimento de onda.

• nos comprimentos de onda UV, raios-X, e de rádio do espectro as variações são mais significativas.

ACRIM (12/1999A).

USP- ATI2013 USP- ATI2013

Limitações das Recentes Observações

• Instrumentos atuais estão sujeitos a incertezas.

• Absorções pela atmosfera terrestre, oceanos e pela terra não têm sido medidas com precisão.

• Atmosfera absorve 20-25% da radiação.• A Terra absorve 45-50% da radiação.• o restantes de quase 30% é refletido pelas nuvens.

• Quantidade de dados disponíveis abrange apenas 33 anos.

• A maioria dos dados existentes da medida da TSI não contemplam informação sobre a Irradiância Espectral.

USP- ATI2013

A radiação solar e suavariabilidade

Por que estudar o Sol?

USP- ATI2013

Por que estudar o Sol?

A radiação solar tem duas componentes:

a) CONSTANTEb) VARIÁVEL

Os efeitos da componente CONSTANTE, por definição, não afetam as “mudanças globais”. Sua compreensão é importante, mas apenas acadêmica.

O Sol é uma estrela magnética variávelUSP- ATI2013

Fontes da Variabilidade

• A atividade Solar se origina de um ciclo do fluxo magnético causado por um dínamo gerado na parte inferior da zona de convecção a 0,7RSol.

• Manchas solares afetam (diminui) a irradiância solar local.

• Faculae melhora (aumenta) a irradiância solar local.

• A cotização entre os efeitos devidos as manchas solares e as Facula determinam a variabilidade da irradiância solar.

USP- ATI2013

Page 8: Por que estudar o Sol? O SOL - Portal IAG · 2 σT 4 4πR p 2σ(fT p)4dp2 f - correção para o efeito estufa A – albedo (~0.4). Conexão o clima A cobertura de nuvens podem mudar.

18/03/2013

8

GONG - Network

Por que estudar o Sol?http://gong.nso.edu/

I. O Sol como uma estrela.USP- ATI2013

Campo de velocidades na atmosfera solar (Leighton 1959)

Característica:a. Diâmetro ~ 1,6x104 kmb. Separação (centro) ~ 3,0x104 kmc. Velocidade (fluxo) ~ 0.5 km/sd. Tempo de vida ~ 104 – 105 seg.

USP- ATI2013

GONG – Network (dados)

Por que estudar o Sol?http://gong.nso.edu/

USP- ATI2013

Por que estudar o Sol?

USP- ATI2013

A Heliosismologia

A origem solarHart - 1954

Leighton - 1962

Frazier - 1968

Deubner - 1975USP- ATI2013

A Heliosismologia

No solo

Constata-se variações daordem de 0,1” no diâmetro.(1/104 por ano)

TeoricamentePrevê-se 1/1011 por ano

O diâmetro solar

L = 4πR2σT4

USP- ATI2013

Page 9: Por que estudar o Sol? O SOL - Portal IAG · 2 σT 4 4πR p 2σ(fT p)4dp2 f - correção para o efeito estufa A – albedo (~0.4). Conexão o clima A cobertura de nuvens podem mudar.

18/03/2013

9

Por que estudar o Sol?

d) O Sol como um laboratório de física

a) Conexão o clima.

b) Interação com o meio interplanetário.

c) O Sol como uma estrela.

USP- ATI2013

A origem do ciclo dasmanchas

Quais são os impactos sobre a Terra?

USP- ATI2013

A natureza magnética das manchas solares

Efeito Zeeman

USP- ATI2013

A mancha solar(estrutura magnética)

USP- ATI2013

O centro do Sol

MSol= 1,99x1030 kg

Composição do Sol

ElementosAbundância

(no. de átomos)Abundância(% em mass)

Hidrogênio 91,2 71,0Hélio 8,7 27,1

Oxigênio 0,078 0,97Carbono 0,043 0,40

Nitrogênio 0.0088 0.096Silício 0.0045 0.099

Magnésio 0.0038 0.076Neon 0.0035 0.058Ferro 0.0030 0,14

Enxofre 0.0015 0.040

MH = 70% MSol�

MN = 15% MH

Por que estudar o Sol?

USP- ATI2013

4x1,00794 1x4.002602 + ∆m

∆m/m = 0,0292/4.0318 = 0.007

* Um grama de H transmuta-se em He, com perda de 0,007g

Por que estudar o Sol?

USP- ATI2013

Page 10: Por que estudar o Sol? O SOL - Portal IAG · 2 σT 4 4πR p 2σ(fT p)4dp2 f - correção para o efeito estufa A – albedo (~0.4). Conexão o clima A cobertura de nuvens podem mudar.

18/03/2013

10

Sendo L = 3,8x1033 ergs/s

Então: L/E � 3,8x1033/6,3x1018

massa transformada por seg.

600.000.000 toneladas/segundo

E = 0.007x (3x1010)2 E = 6,3x1018 ergs (por grama)

E = mc2

Por que estudar o Sol?

USP- ATI2013

Duração de vida do Sol

Msol = 2x1027ton (70% de H sendo 15% no núcleo)

Tvida = Massa(disponível)/Consumo

Tvida = 2x1027x0,70x0,15/600x106

Tvida = 3,5x1017 seg � 1010 anos

Por que estudar o Sol?

USP- ATI2013

Por que estudar o Sol?

I. O Sol como uma estrela.

Algumas características do Sol Diâmetro (fotosfera) 1.391.980 km Massa 1.99 × 1030kg Densidade média 1410 kg/m3 Luminosidade 3.86 × 1026 W Período de rotação 25 dias (equador)

30 dias (pólos)

Temperatura superficial 5800 K Tipo espectral G2V

Magnitude -26.7 (visual aparente) + 4.8 (visual absoluta)

Distância média (Terra) 149.597.892 km

USP- ATI2013

Princípios básicos da estrutura estelar

• Princípios físicosa) equilíbrio hidrostáticob) equação do gás perfeitoc) transporte de energiad) fontes gravitacional e termonuclear de

energia.

• Parâmetros

a) temperatura T(r)b) massa M(r)c) densidade ρ(r)

d) pressão P(r)e) luminosidade L(r)f) taxa de produção de

energia ε(r) g) composição química

µ(r) I. O Sol como uma estrela.USP- ATI2013

Equações básicas

• Equilíbrio hidrostáticodP/dr = -GMρ/r2

• Equação de continuidade da massadM/dr = 4πr2ρ

• Taxa de produção de energia (Eq.Térmico)dL/dr = 4πr2[ρε – ρd(µ/ρ)/dt + P/ρ dρ/dt]

• Transporte de energiadT/dr = T/P dP/dr

I. O Sol como uma estrela.USP- ATI2013 I. O Sol como uma estrela.USP- ATI2013

Page 11: Por que estudar o Sol? O SOL - Portal IAG · 2 σT 4 4πR p 2σ(fT p)4dp2 f - correção para o efeito estufa A – albedo (~0.4). Conexão o clima A cobertura de nuvens podem mudar.

18/03/2013

11

I. O Sol como uma estrela.USP- ATI2013 I. O Sol como uma estrela.USP- ATI2013

I. O Sol como uma estrela.USP- ATI2013 I. O Sol como uma estrela.USP- ATI2013

Equações básicas(Os modelos)

O sucesso da modelagem depende dos parâmetros:

Por que estudar o Sol?

Ra(no de Reyleigh)

Ra = ∆ρgllll3

Dµ____

Convecção

I. O Sol como uma estrela.

1. Abundância inicial de Hélio (M�)2. Luminosidade inicial3. Neutrinos solaresUSP- ATI2013 Como se processam as mudanças globais na Terra?

Como se processam as mudanças globais na Terra?

USP- ATI2013