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Curso
Básico de Astronomía DIF-FUS Universidad de sonora |
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| CIENCIAS PLANETARIAS.
Las Ciencias Planetarias confieren a todo lo relacionado con los cuerpos existentes en lo que es conocido como el Sistema Solar. Tal sistema, esta compuesto por una estrella, el Sol, nueve planetas, satélites naturales orbitando los planetas, asteroides o planetoides, cometas y polvo que existe en todo el medio interplanetario. Se hace un resúmen de las principales características de estos cuerpos.
Orígen Se estima que nuestro Sistema Solar se originó hace aproximadamente 5 mil millones de años. Éste surgió de una gran concentración de gas, conocidas como nebulosas y observadas actualmente en nuestra Vía Láctea. Uno de los mejores ejemplos de estas nebulosas es la Gran Nebulosa de Orión (M42 o NGC 1976) en la constelación del mismo nombre. Por contracción del Hidrógeno, se forman las estrellas y los cuerpos restantes en un proceso que tiene una duración de varios millones de años. Aparentemente, se habría formado el Sol y los planetas por separado. Los restos de esta nube se atribuyen a la conocida Nube de Oort donde podría haber alrededor de un millón de cometas. Los cometas con muy importantes porque son las concentraciones de material más primitivo de la formación del sistema.
Planetas Actualmente se conocen nueve planetas en el Sistema Solar: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y Plutón. Este último planeta fue descubierto en 1930. Actualmente es posible enterarse en forma frecuente del descubrimiento de nuevos planetas, pero éstos pertenecen a otras estrellas y se les llama planetas extrasolares. Recientemente ha sido discutida la categoría de planeta que se le otorgó a Plutón al ser descubierto. Se plantea que Plutón más bien podría considerarse un gran asteroide, parte de aquellos que se conocen como del cinturón de Kuiper. Sin embargo, oficialmente sigue siendo considerado un planeta. Los planetas pueden ser agrupados en dos formas: 1) Internos y externos a la órbita de la Tierra. Los internos serían Mercurio y Venus, mientras que los externos serían los restantes a partir de Marte. 2) Terraqueos y Jovianos. Se consideran terraqueos aquellos que tienen una superficie sólda y son de tamaño pequeño, tales como Mercurio, Venus, Tierra y Marte. Plutón continua en discusión. Jovianos son los similares a Júpiter cuya composición fundamental son gases, tales como Saturno,. Urano y Neptuno. De todos los planetas, cinco son facilmente visibles sin necesidad de instrumentos ópticos y se conocen desde la antigüedad: Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno. Urano llega a encontrarse dentro del límite de percepción del ojo humano pero es facil de confundir con las estrellas del mismo brillo. Neptuno puede ser visible con buenos binoculares y Plutón requiere de un telescopio de por lo menos 20 cm de apertura. Los planetas internos a la órbita de la Tierra no pueden ser observados toda la noche. Siempre son visibles próximos al Sol y a los mayores alejamientos angulares de este se les llama elongaciones. Hay elongación oriental (al oriente del Sol, visibles al anochecer) y occidental (al occidente del Sol, visibles al amanecer). En ambas elongaciones es posible verlos el máximo tiempo posible, siendo angularmente de 28° para Mercurio y 47° para Venus en los mejores casos. Al observarlos presentan fases como la Luna. Cuando se encuentran entre el Sol y la Tierra se dice que están en conjunción inferior. Cuando están al otro lado del Sol, opuestos a la Tierra, se dice que están en conjunción superior. En ambas conjunciones no es posible observarlos. Por la inclinación de los planos orbitales de ambos planetas internos, en algunas conjunciones inferiores es posible verlos cruzando el disco solar. A este fenómeno se le conoce como tránsito. El último tránsito del planeta Mercurio frente al Sol ocurrió el 15 de noviembre de 1999. El próximo tránsito de Venus frente al Sol se presentará el año 2004.
El planeta más cercano al Sol. En una época se le consideró el planeta más pequeño pero actualmente es conocido como tal el planeta Plutón. Mercurio tiene un diámetro de 4,879 km. No cuenta con atmósfera aunque se han llegado a detectar algunas trazas de gases. Su masa es 0.05 de la Tierra. Tiene una densidad de 5.43 respecto al agua. Su gravedad es el 38% de la Tierra. La velocidad de escape es de 4.2 km/seg. Su período de rotación es de 58.646 días y su albedo de 0.11. Orbita a una distancia media del Sol de 57.9 millones de kilómetros (0.387 U.A.) en 88 días. Tiene una órbita elíptica con una excentricidad de 0.206. Por su cercanía al Sol, la observación de Mercurio es difícil al encontrase al alcanze por poco tiempo, cerca del horizonte y en el crepúsculo. Por lo mismo, sólo llegan a captarse sus fases y levemente algunas manchas utilizando un telescopio de tamaño moderado. Las mejores observaciones o imágenes que se tienen de este planeta las logró la sonda automática americana Mariner 10 en la década de los setenta. Esta nave efectuó dos sobrevuelos que le permitieron tomar imágenes de gran parte del planeta el 29 de marzo de 1974 y del 20 al 23 de septiembre del mismo año, revelándose una superficie muy similar a la de nuestro satélite, la Luna, con cráteres, montañas, valles y otras fallas. Adicional a esta misión que también midió el campo magnético del planeta y una temperatura en la superficie próxima a los 350 C, no se ha efectuado otra. Recientemente la Agencia Europea del Espacio ha anunciado una misión a Mercurio para finales de la década del 2000.
El planeta más brillante visto desde la Tierra, sólo superado en brillo aparente en el cielo por el Sol y la Luna. También planeta interno a la orbita terrestre, sólo se observa al inicio o final de la noche, pero por mayor tiempo que Mercurio. Venus tiene un diámetro ecuatorial de 12,104 km, ligeramente menor que la Tierra. Su masa es el 81% de la Tierra y su densidad de 5.24 respecto al agua. La gravedad en su superficie es el 90% de la Tierra y la velocidad de escape de 10.4 km/seg. Su período de rotación es de 243 días y su albedo de 0.65. Orbita alrededor del Sol a 108.2 millones de km (0.723 U.A.) completando una revolución cada 224 días. Visto al telescopio, es imposible detectar algun rasgo sobre el disco, ya que Venus tiene una atmósfera muy densa que evita ver directamente su superficie. Su mayor diámetro angular es cercano a la conjunción inferior cuando es visible como un delgado creciente o menguante. Desde el inicio de la exploración espacial, Venus fue un blanco principalmente para naves automáticas soviéticas. Sus logros fueron limitados y la misma nave que exploró Mercurio en 1974, logró imágenes en el ultravioleta de las capas nubosas del planeta. Los soviéticos tuvieron éxito en 1970 al lograr que dos naves Venera llegaran a salvo a la superficie del planeta. Aunque sobrevivieron pocos minutos a la temperatura de 480 C, lograron imágenes del suelo cuyo componente principal es roca basáltica. La atmósfera tiene fundamentalmente dióxido de Carbono. En 1978 los americanos enviaron la Pionero Venus que soltó cuatro sondas para hacer mediciones de la atmósfera del planeta. La nave madre que permaneció en órbita, obtuvo el primer mapa de la superficie utilizando un radar. Sin embargo, el mayor éxito de la exploración a este planeta lo tuvo la nave Magallanes, lanzada en 1989. Con un sistema de mayor resolución que su antecesor, Magallanes mapeó el 98 % de la superficie del planeta revelándola por vez primera en gran detalle.
Quizá lo más importante que podemos mencionar de este planeta es la diversidad de vida que tiene. Tiene un diámetro ecuatorial de 12,756 km y esta achatado por los polos en 1/298. Es el planeta de mayor densidad con 5.52 respecto al agua. Se requiere una velocidad de 11.2 km/seg para escapar de su gravedad. Rota en 23 horas 56 min 4 seg, con su eje inclinado sobre el plano de su órbita en 23° 27'. Tiene un albedo de 0.37. Orbita alrededor del Sol a una distancia de 149,56 millones de kilómetros en 365.25 días.
Es el planeta que más ha cautivado la imaginación de la especie humana. Puede ser visible toda la noche cuando se encuentra en oposición al ser el primer planeta externo a la órbita de la Tierra y es notable por su color rojizo que favoreció le otorgaran el nombre del dios de la guerra. Marte tiene un diámetro ecuatorial de 6,794 km y esta achatado por sus polos en 1/154. Su masa es .107 de la Tierra y la gravedad en su superficie .38 de nuestro planeta. La densidad es de 3.94 con respecto al agua. La velocidad de escape es de 5 km/seg y su período de rotación de 25 horas. Su albedo es de 0.15. Orbita alrededor del Sol a una distancia media de 227.9 millones de km (1.524 U.A.) en 686.98 días. El planeta rojo es el único que revela al telescopio detalles de su superficie aunque por su tamaño, se tiene que utilizar de preferencia un telescopio con apertura mayor a 25 cm. Es posible ver el casquete polar y marcas tenues sobre su disco rojizo. Gran parte de la fama del planeta surgió a finales del siglo XIX e inicios del XX con las observaciones del francés Shiaparelli y el americano Percival Lowell. Ambos astrónomos señalaron estar observando lineas ramificadas por todo el planeta, las cuales fueron interpretadas como canales artificiales. El sensacionalismo, presente en cualquier época, promovió la idea de existencia de vida, marcianos, en el planeta, los que tenían grandes problemas por la falta de agua y la transportaban por canales artificiales de los polos hacia el ecuador. En la medida que los telescopios crecieron en tamaño, tales canales desaparecieron pero persistió la idea de la posible existencia de vida. Al margen de esta situación, Marte siempre fue considerado con condiciones para tener algun tipo de vida elemental. Tiene una delgada atmósfera de dióxido de Carbono y temperaturas no tan extremas a pesar de encontrarse alejado del Sol. Blanco de todos los telescopios terrestres, Marte también lo fue desde el inicio de la exploración espacial tanto por rusos como por americanos. En 1965 el Mariner 4 americano hizo un sobrevuelo y envió las primeras imágenes detalladas de la superficie del planeta revelando la presencia de cráteres. En 1968 los Mariner 6 y 7 repitieron la hazaña. En 1971 el Mariner 9 logró insertarse en órbita del planeta y mapear gran parte de su superficie. Su tarea fue fundamental para el éxito de las siguientes misiones. En 1976 las naves Viking 1 y 2 llegaron al planeta. Cada nave estaba formada por un orbitador y una nave de descenso suave. El 20 de julio de 1976, Vikingo 1 estaba enviando las primeras imágenes desde la superficie del planeta, mostrando un panorama desértico, llenos de rocas, con tonalidad rojiza por el óxido ferroso y un cielo con tonalidad rosa. Las dos naves Vikingo de descenso enviaron miles de imágenes y analizaron muestras del suelo marciano obtenidas con una pala mecánica y llevadas a un laboratorio miniaturizado que entre varias pruebas incluía la búsqueda de vida. Ninguna de las dos naves tuvieron algún resultado. Los orbitadores Vikingo complementaron con mejores cámaras la labor de mapeo que había iniciado el Mariner 9. Mars Observer (americana, 1992) y Mars 96 (ruso, 1996) fueron misiones fallidas al planeta Marte. Fue hasta 1996, veinte años después de los Vikingo, cuando se reinició la exploración de este planeta. Dos naves americanas, la Mars Pathfinder y el Mars Global Surveyor, arribaron al planeta ese año. Mars Pathfinder fue nave de descenso e incluia un pequeño vehículo, el Sojourner, que rodó por la superficie del planeta con cámaras para revisar el entorno. El Mars Global Surveyor, aún activo, ha mapeado la superficie del planeta a alta resolución con excelentes resultados e incluso obteniendo indicios de la existencia de mantos acuíferos y lagos ya secos que sugieren la posible existencia de agua en el subsuelo del planeta. En 1999 los americanos tuvieron dos fracasos: el Mars Climate Orbiter se estrelló al fallar la interpretación de comandos por problemas de conversión del sistema métrico al inglés; el Mars Polar Lander, descendió en el polo sur marciano pero nunca logró establecer comunicación con la Tierra. El programa de exploración a este planeta continuó el 7 de abril del 2001 al lanzar el Mars Odyssey 2001 que deberá llegar el 2 de octubre al planeta.
El mayor de los planetas y el primero que es en gran parte una masa de gases. Júpiter tiene un diámetro ecuatorial de 142,980 km y esta achatado notablemente por los polos en 1/15.4. Tiene una masa 317 veces superior a la de la Tierra, con una densidad 1.33 con respecto al agua. Su gravedad es 2.53 mayor que la Tierra y la velocidad de escape es de 59.5 km/seg. Su período de rotación es variable y cercano al ecuador del orden de 9 h 50 min. Tiene un albedo de 0.52. Orbita alrededor del Sol a una distancia de 778 millones de km (5.203 U.A.) con un período de 11.86 años. Esta inclinado con respecto al plano de su órbita 3.1°. Júpiter fue el primer planeta observado con telescopio por Galileo Galilei, impactándolo por su sistema de satélites. Practicamente con cualquier telescopio es posible distinguir el disco con cruzado por líneas oscuras y acompañado por cuatro satélites. Con telescopios de moderado tamaño es posible seguir su rotación y los eclipses o tránsitos de sus satélites principales. Gran parte del planeta es una densa atmósfera compuesta por Hidrógeno, Helio, metano y amoníaco. Un detalle muy estudiado es la Gran Mancha Roja que es visible como un ovalo de tonalidad rojiza en el hemisferio sur. Las primeras misiones espaciales hacia el planeta fueron los Pionero 10 y 11 que hicieron sobrevuelos del planeta en 1973 y 1974 respectivamente. Enviaron decenas de imágenes del planeta y su atmósfera. La siguiente pareja de naves, las Voyager 1 y 2 pasaron por el planeta en marzo y agosto de 1979. Con cámaras de mayor calidad que la de los Pionero y mejores condiciones de observación, obtuvieron excelentes imágenes del planeta, sus satélites y un delgado anillo que descubrieron en la misión. Actualmente se encuentra en órbita del planeta la nave automática Galileo, que arrivó en 1995. Ha hecho numerosos estudios del planeta siendo miles las imágenes y mediciones del mismo, así como sus satélites y su anillo. Galileo incluyó una sonda que penetró en la atmósfera del planeta revelando su composición y condiciones. En julio de 1994, Júpiter recibió los impactos de al menos 23 fragmentos del Cometa Shoemaker-Levy 9 en lo que fué la primera observación de un evento de esta naturaleza.
Considerado la joya de los cielos por su apariencia al ser observado, aún con telescopios pequeños, con el toque que le da sus sistema de anillos. Saturno tiene un diámetro ecuatorial de 120,540 km y es el planeta más achatado por los polos con 1/10.2. Tiene una masa 95 veces superior a la Tierra pero una densidad de 0.70 con respecto al agua, por lo que floraría en un hipotético océano. Su gravedad es 1.06 con respecto a la Tierra y la velocidad de escape de 35.5 km/seg. Su período de rotación es cercano a las 10 hrs y esta inclinado con respecto al plano de su órbita 25.3°. Tiene un albedo de 0.47. Orbita el Sol a una distancia de 1429.4 millones de km (9.555 U.A.) con un período de 29.42 años. La atmósfera del planeta esta compuesta de hidrógeno, helio, metano y amoníaco. A partir de unos binoculares potentes o un telescopio aún pequeño, es posible percibir el disco del planeta con su sistema de anillos. Un telescopio de mediana apertura revela mayores detalles incluyendo la famosa división de Cassini en los anillos. Por la inclinación del eje de rotación del planeta, el sistema de anillos "desaparece" cada 14 años porque se presentan "de canto" y son sumamente delgados, calculándose su espesor en 15 km. Solo grandes telescopios y técnicas especiales permiten su observación en esas épocas. Los anillos estan formados de rocas y polvo cubierto de hielo carbónico, posiblemente un satélite natural que nunca llegó a formarse por el efecto de marea gravitacional. Además de los anillos, es fácil observar al satélite mayor del planeta, Titán, acompañándolo como una pequeña estrella. Saturno fue visitado por el Pionero 11 en 1979. Las mejores imágenes del planeta las lograron los Voyager 1 y 2 que lo visitaron en noviembre de 1980 y agosto de 1981 respectivamente. Lanzada en octubre de 1997, la nave Cassini viaja hacia el planeta Saturno donde deberá llegar en julio del año 2004. Cassini se insertará en órbita del planeta para estudiarlo al menos por cuatro años. La nave, incluye una sonda que será desacoplada y enviada hacia Titán para estudiar su atmósfera y, si sobrevive, las condiciones en su superficie.
Urano fue el primer planeta descubierto en la era moderna. Fue observado por vez primera por el astrónomo William Herschell el 13 de marzo de 1781 y aunque al principio lo confundió con un cometa, pudo comprobarse en breve tiempo que era otro planeta. Urano tiene un diámetro ecuatorial de 51,120 km con un achatamiento en sus polos de 1/43.6. Su masa es 14.5 mayor que la Tierra y tiene una densidad 1.3 con respecto al agua. Su gravedad es .9 de la Tierra y su velocidad de escape de 21.3 km/seg. El período de rotación es cercano a las 12 hrs y su eje esta inclinado 97.9°, lo que provoca que su polo norte esté bajo el plano de su órbita. El albedo es de 0.51. Orbita alrededor del Sol a una distancia de 2875 millones de km (19.218 U.A.) con un período de 83.75 años. Por su lejanía, Urano es un pequeño disco verdoso visto aun con grandes telescopios y sin mayores detalles. Durante décadas fue muy poco lo que pudieron avanzar los telescopios terrestres en su estudio, salvo determinar su naturaleza similar a la de Júpiter y Saturno con una atmósfera de metano y amoníaco. En 1977, gracias a la observación de la ocultación de una estrella por el planeta, fue posible descubrir la existencia de anillos en torno al planeta. La nave Voyager 2 pasó por Urano en enero de 1986 obteniéndose las primeras imágenes en detalle del planeta, sus anillos y sus satélites. Actualmente las mejores vistas del planeta las logra el telescopio espacial Hubble.
Primer planeta descubierto por cálculo matemático. En base a las perturbaciones en la órbita de Urano, el francés Urbain Leverrier y el inglés John Adams en forma independiente calcularon su posición en el cielo. La noche del 10 de septiembre de 1846 el astrónomo alemán Galle descubrió al planeta que sería posteriormente bautizado como Neptuno. Neptuno tiene un diámetro ecuatorial de 49,530 km y un achatamiento por los polos de 1/58.5. Su masa 17 veces mayor a la Tierra y su densidad de 1.76 con respecto al agua. Su gravedad es 1.14 la de la Tierra y su velocidad de escape de 23.5 km/seg. Su período de rotación es cercano a las 15 hrs, la inclinación de su eje de rotación de 28.3° y el albedo de 0.41. Orbita alrededor del Sol a una distancia de 4504.4 millones de km (30.110 U.A.) en un período de 163.73 años. Obviamente Neptuno se percibe apenas como una débil estrella y se requiere un telescopio potente para lograr distinguir un pequeño disco. Las observaciones telescopicas de este planeta fueron siempre muy limitadas y el mayor descubrimiento, aparte de una atmósfera similar a la de Júpiter y Saturno, fue la existencia de anillos segmentados gracias a la observación de la ocultación de una estrella por el planeta. En agosto de 1989 Neptuno fue visitado por la nave Voyager 2 en la última escala de su largo viaje. De nuevo, se lograron excelentes imágenes del planeta, sus anillos segmentados y sus satélites naturales. Es importante señalar que durante la visita del Voyager se captó una mancha negra parecida a la mancha roja de Júpiter. Sin embargo, ésta no fue tan persistente como la de Júpiter, ya que recientes observaciones del planeta con el telescopio espacial Hubble revelan que ya desapareció.
Descubierto también por cálculo matemático que desarrolló Percival Lowell, fue finalmente observado por Clyde Tombaugh en febrero de 1930 analizando placas obtenidas las noches del 23 y 29 de enero de 1930 con un estereocomparador. Plutón es el planeta más pequeño del Sistema Solar con un diámetro de 2400 km desconociéndose el grado de achatamiento de sus polos. Su masa se estima en 0.0025 de la Tierra y su densidad de 1.1 con respecto al agua. Su gravedad es de 0.08 de la Tierra y la velocidad de escape de 1.3 km/seg. Su período de rotación se ha calculado en 6.38 días y la inclinación de su eje de rotación es de 123°, aún mayor que Urano. Su albedo es de 0.3. Orbita el Sol a una distancia de 5915.8 millones de km (39.545 U.A.) en un período de 248.03 años. Se requiere de un telescopio de al menos 30 cm de diámetro y buenas cartas estelares para observar a Plutón que es una estrella más en el campo estelar de visión. Poco es lo que se sabía de este planeta hasta 1978 en que fue descubierto su satélite natural Charon. La órbita de Plutón se interna en la del planeta Neptuno y por ello, hay períodos en que se encuentra más cercano que Neptuno. Eso ocurrió de 1979 al año 2000. Esto coincidió con la época de mayor proximidad a la Tierra lo que favoreció el descubrimiento de Charon y la observación de eclipses del mismo, lo que permitió determinar con mayor precisión muchos parámetros de este planeta. Plutón no ha sido visitado por ninguna nave espacial y esta en proyecto el Expreso a Plutón, que debería ser lanzado antes de que concluya la presente década. Sin embargo, la misión ha sido muy discutida. Por ahora, las mejores imágenes del planeta las ha logrado el telescopio espacial Hubble.
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