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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.

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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

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

Conexão o clima

A cobertura de nuvens podem mudar.

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Como se processam as mudanças globais na Terra?

Como se processam as mudanças globais na Terra?

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Como se processam as mudanças globais na Terra?

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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Entre o Sol e a Terra – Van Allen Belts

GEO

HEO

MEO

LEO

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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?

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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?

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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

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Por que estudar o Sol?

UlyssesLançamento 06/10/1990Massa 371 kgPeríodo 6 anos

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Por que estudar o Sol?

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Por que estudar o Sol?

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Por que estudar o Sol?

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Por que estudar o Sol?

Lançamento:02/dezembro/1995Instrumentação:

12 detectoresMDI - The Michelson (Doppler Imager)

- MagnetômetroEIT – Ultravioleta extremo

LASCO - coronógrafo

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Por que estudar o Sol?

SOHO - Proeminências

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Por que estudar o Sol? SOHO - Flare

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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)

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Por que estudar o Sol?

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STEREO - Regiões ativas

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APOD 2007 April 24Por que estudar o Sol?

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Por que estudar o Sol?

STEREO - EUVI 304 A

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STEREO - Regiões ativas

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STEREO - Regiões ativas

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STEREO - Proeminências

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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?

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As Auroras

Quais são os impactos sobre a Terra?

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Aurora em Saturno Aurora em Júpiter

Quais são os impactos sobre os planetas?

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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.

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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

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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).

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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.

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A radiação solar e suavariabilidade

Por que estudar o Sol?

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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.

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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.

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GONG – Network (dados)

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

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Por que estudar o Sol?

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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

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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.

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A origem do ciclo dasmanchas

Quais são os impactos sobre a Terra?

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A natureza magnética das manchas solares

Efeito Zeeman

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A mancha solar(estrutura magnética)

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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?

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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?

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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?

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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?

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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

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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

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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?

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