2016-05-04 key

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Sistema Solar
Sistema Solar, Formación, Planetas, 
Satélites y Cuerpos menores
FIA 0111- Astronomia Nelson Padilla (P. U. Catolica)
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.
FIA 0111- Astronomia Nelson Padilla(P. U. Catolica)
New Horizons
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.
201
0
2010
Descubrimiento de Sedna (Mar 2004)
Objetos del Cinturón de Kuiper
FIA 0111- Astronomia Nelson Padilla(P. U. Catolica)
Alan Taylor
Cuerpos del Sistema Solar ordenados por tamaños
FIA 0111- Astronomia Nelson Padilla(P. U. Catolica)
KBOs descubiertos en los ultimos 20 años
Alan Taylor
FIA 0111- Astronomia Nelson Padilla(P. U. Catolica)
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
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
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.
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
Cometas
Núcleo 
Coma Cometa 
Cola 
Los cometas son casi todo 
espacio vacío. 
Cometa Halley tomado por la 
nave europea Giotto.
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.
FIA 0111- Astronomia Nelson Padilla(P. U. Catolica)
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.
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.
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. 
Asteroides
Traza de asteroide 
vista en una 
imagen del 
Telescopio 
Espacial
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
Cinturón de Asteroides
J
M
El cinturón de 
asteroides se 
encuentra entre las 
órbitas de Marte y 
Jupiter.
FIA 0111- Astronomia Nelson Padilla(P. U. Catolica)
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. 
Cinturón de Asteroides
❧Los asteroides Troyanos están en la órbita de Júpiter, 60 grados 
delante y detrás del planeta.
Tipos de Asteroides
Distancias al Sol Dust line Ice line
Cometas
NEOs
FIA 0111- Astronomia Nelson Padilla(P. U. Catolica)
Orbitas de los asteroides cercanos a la Tierra (NEOs) 
conocidos. Existen unos 2000 NEOs conocidos con tamaño 
mayor que 1 km. 
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.
Meteoritos
Meteoritos 
de distintos tipos: 
Carbonaceos, 
Silicatos, 
y Ferrosos 
(metálicos)
C
F
S S
Cometa Halley 
96P/Machholz 
5 Mayo 
28 Julio 
Eta Aquaridas 
Delta Aquaridas 
Ambas >20/hora
ORIGENFECHASLLUVIA
Lluvias de Meteoros
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.
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
- 
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- 
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- 
- 
-
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.
FIA 0111- AstronomiaNelson Padilla(P. U. Catolica)
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
Sistema Solar
Sistema Solar, Formación, Planetas, 
Satélites y Cuerpos menores
FIA 0111- Astronomia Nelson Padilla (P. U. Catolica)
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
Pistas dadas por otras estrellas
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
H
ST
/N
A
SA
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.
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.
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.
Imagen de disco 
protoplanetario tomada 
por ALMA en 2014
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.
La nebulosa Solar
■ 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)
Componentes del sistema solar
• Sol 
• Planetas terrestres 
• Planetas jovianos 
• Cuerpos menores 
– Planetas menores 
– lunas 
– asteroides 
– cometas 
– polvo, gas 
– meteoros
N
A
SA
Formación del sistema solar
200,000 AU 10,000 AU 500 AU
100 AU 100 AU 50 AU
Formación de planetas terrestres 
durante etapa pre secuencia ppal.
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.
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?
6
Qué significa habitabilidad para nosotros?
• Temperatura adecuada
• Agua líquida
• Aire
• Luz para temperatura agradable y 
para “ver”
• Escudo de radiación
• Escudo de asteroides
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
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)
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…)
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.
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-EarthCoRoT, 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
HR 8799
Ejemplos:
Tamaños esperados para distintos tipos de planetas
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
http://archive.stsci.edu/kepler/
Más de 4900 hasta ppios 2016, 1044 confirmados
Frontera de exoplanetas en temperatura 
superficial y masa.
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.
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