O Sol R. Boczko IAG-USP 02 06. Sol Observação na região visível do espectro Luminosidade 3,845 x...
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O O Sol Sol R. Boczko IAG-USP 02 06 06
Transcript of O Sol R. Boczko IAG-USP 02 06. Sol Observação na região visível do espectro Luminosidade 3,845 x...
O SolO SolR. Boczko
IAG-USP020606
Sol
Observaçãona regiãovisível doespectro
Luminosidade3,845 x 1026 W
~4 septilhões de lâmpadas de 100 W
Raio696 mil km
Massa1,9891 x 1027 ton
Sistema Solar
Mer
Vên Mar
Ter
JúpSat
Ura Net
Plu
Raio Solar = 109 Raios Terrestres
Formação do Universoe formação do Sol
Formaçãodo Sol
10 bilhões de anos 4,6 bi
Cosmogonia
Cosmologia
SolAtual
Big-Bang
Fases da formação e da vida do Sol
Proto-Sol
Nasceuo Sol!
Pré-Pré-seqüênciaseqüênciaprincipalprincipal
EstágiosEstágiosfinaisfinais
TTauri
AnãBranca
Gigantevermelha
Seqüência principal
Hoje
Estrutura do Sol
Coroa
Zona de transição
CromosferaFotosfera
Interior Solar
Interior do Sol
Evolução do Raio, da Temperatura e da Luminosidade do Sol
00 5522 33 4411
1,0
0,9
0,8
0,7
Ho
je
5800
5750
5700
5650
5600
TEefetiva [K]R/Rs L/Ls
Raio
Temperatura
Luminosidade
BilhõesBilhõesde anosde anos
Estrutura do Sol
Coroa
Zona de transição
CromosferaFotosfera
Interior Solar
Temperatura nas camadas do Sol
00
15 M
Tem
per
atu
ra [
K]
4.200
2 M
25.000
0,70,7 1,01,00,30,3R/Rsol
Cen
tro
Fo
tosf
era
Fo
tosf
era
Cro
mo
sfer
a
Reg
ião
de
tran
siçã
o CoroaCoroa
Su
per
fíci
e
Interior do Sol Atmosfera do Sol
ConduçãoIrradiação
Convecção
500 km
2.000 km
10.000 km700.000 km
K E F
Densidade nas camadas do Sol
00
321
(água) 0-1-2
(ar) -3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16
Den
sid
ade
10Y [
g/c
m3 ]
0,70,7 1,01,00,30,3R/Rsol
Cen
tro
Fo
tosf
era
Fo
tosf
era
Cro
mo
sfer
a
Reg
ião
de
tran
siçã
o CoroaCoroa
Su
per
fíci
e
Interior do Sol Atmosfera do Sol
Condução
Irradiação
Convecção
500 km
2.000 km
10.000 km700.000 km
K E F
Densidade do ar nas CNPT = 0,001293 g/cm3
Interior do Sol
Coroa
Zona de transição
CromosferaFotosfera
Interior Solar
A estrela Sol
ConduçãoRadiaçãoConvecção
Composição (massa)
H = 73,0%He = 24,5%Outros = 02,5%
Fotosfera
Temperatura5.770 K
Propagação do calor por Condução
)( ) )((
Sólidos
Propagação de calor por Convecção
Fluidos
Propagação de calor por Irradiação
Qualquer meioFóton
Camadas do interior do sol
Região deconvecção
Fotosfera
Sup
erfíc
iedo
Sol
Região decondução
Região deirradiação
0 0,3 0,7 1,0 R
Reações de nucleossíntese solar
Fusão do hidrogêniop p
D
Neutrino
Pósitron
p
He3
p p
pD
He3
Neutrino
Pósitron
p pHe4
Para onde foi a massa faltante?
p p
D
Neutrino
Pósitron
p
He3
p p
pD
He3
Neutrino
Pósitron
p pHe4
p He4p p p
m = 100% m = 99,3%
Relação entre massa e energia
m E
E = m c2
c = velocidade da luz no vácuo
Representação de um elemento químico X
X
Z = Número de Prótons
Z
P = Número de Massa = Z + Nêutrons
P
Cadeia próton-próton gerando He1
1H + 11H --> 2
1H + e+ + 2
1H + 11H --> 3
2He +
32He + 3
2He --> 42He + 2 1
1H 3
2He + 42He --> 7
4Be +
69% 31%
74Be + e- --> 7
3Li + 7
3Li + 11H --> 2 4
2He 74Be + 1
1H --> 85B +
85B --> 8
4Be + e+ + 8
4Be --> 2 42He
99,7%0,3%
Livre caminho médio dos Livre caminho médio dos fótons na camada radiativafótons na camada radiativa
Partícula
Fóton
Absorçãoe
Re-emissão
Alguns centímetros
Tempo entre a geração do fóton no núcleo e
sua saída pela fotosfera:
milhões de anos
Núcleo
Regiãoradiativa
Problema dos neutrinos
Solo
Caverna
1,5
km
Tanque com 500 mil litrosde percloroetileno
(detergente de cozinha)2,2 x 1030 átomos
Neutrino37
17Cl + 3718Ar + e -
Neutrino transformando Cloro em Argônio
Predição teórica:1 Argônio produzido por dia
Resultado experimental:1 Argônio produzido a cada 3 dias
Conclusão:• Experimento ineficiente
e / ou
• Modelo teórico do Sol errado
Dados do interior do Sol
Distribuição da massa
00 1,01,00,40,4 0,60,6 0,80,80,20,2 0,90,90,30,3 0,50,5 0,70,70,10,1 R/Rsol
Su
per
fíci
e
Cen
tro
100
70
Massa [%Msolar]
90
80
60
30
50
40
20
10
00
Densidade solar
00 1,01,00,40,4 0,60,6 0,80,80,20,2 0,90,90,30,3 0,50,5 0,70,70,10,1 R/Rsol
Su
per
fíci
e
Cen
tro
Densidade [g/cm3]
180
120
160
140
100
40
80
60
20
00
Pressão no interior solar
00 1,01,00,40,4 0,60,6 0,80,80,20,2 0,90,90,30,3 0,50,5 0,70,70,10,1 R/Rsol
Su
per
fíci
e
Cen
tro
Pressão[Bilhões de atm]
250
200
150
100
50
00
Temperatura no interior solar
00 1,01,00,40,4 0,60,6 0,80,80,20,2
16
10
TemperaturaMilhões de [K]
14
12
8
2
6
4
000,90,90,30,3 0,50,5 0,70,70,10,1 R/Rsol
Su
per
fíci
e
Cen
tro
Luminosidade solarLuminosidade solar
00 1,01,00,40,4 0,60,6 0,80,80,20,2 0,90,90,30,3 0,50,5 0,70,70,10,1 R/Rsol
Su
per
fíci
e
Cen
tro
100
70
Luminosidade [%Lsolar]
90
80
60
30
50
40
20
10
00
Geração de energia no Sol
00 1,01,00,40,4 0,60,6 0,80,80,20,2 0,90,90,30,3 0,50,5 0,70,70,10,1 R/Rsol
Su
per
fíci
e
Cen
tro
5
dL / dr(1023 erg/s/cm)
4
3
2
1
0
Composição química do Sol
00 1,01,00,40,4 0,60,6 0,80,80,20,2
100
70
Massa [%]
90
80
60
30
50
40
20
10
000,90,90,30,3 0,50,5 0,70,70,10,1 R/Rsol
O C N Ne Si Fe
H
He
He
H
Su
per
fíci
e
Cen
tro
Mudanças na composição química do Sol
100%
75
50
25
0 %Centro Superfície
Composição inicial de Hidrogênio
Composição inicial de Hélio
O C N Ne Si Fe
Composição atual de Hélio
Composição atual de Hidrogênio
Processos na camada convectivaDevido à baixa temperatura:
Favorecimento da recombinação do próton com o elétronp+ + e - H0
Possibilita a formação de H-
p+ + 2e- H -
Os H0 e os H- absorvem, fortemente os fótons, dificultando sua saída para fora da camada convectiva:
H0 + - H +
H0 + - H0 excitadoH - + - H 0
H - + - H - excitado
Fotosfera do Sol
Coroa
Zona de transição
Cromosfera
Fotosfera
Interior Solar
500 km
Base da Fotosfera=2x10-4 Ar nas CNPT10-3B da F
6.500 K 4.200 K
1 H- para cada 107 H0
Espessura óptica ( )Neblina
Transparente
< 1
Opaco > 1 = 1
Definição da fotosfera
Transparente
< 1
> 1Opaco
= 1
= Espessura óptica
Base interna da fotosfera
Aproximação de Eddington:
TEfetiva = T( = 2/3) = 5.770 K
(Para =5.000 Ä)
Limbo escuro
Interiordo Sol
Fotosfera
Menor espessura ópticaMenor perda de luz
Região mais brilhante
Maior espessura ópticaMaior perda de luz
Região menos brilhante
Visão do Sol
Superfície do Sol
Convecção abaixo da fotosfera
Região deconvecção
FotosferaQ
uen
teQ
uen
te
Fri
o
Fri
o
Que
nte
Que
nte
Frio
Que
nte
Que
nte
Frio
Sup
erfíc
iedo
Sol
Região decondução
Região deirradiação
Estrutura Alveolar do Sol
• Regiões Claras– Subida de gás quente
• Regiões Escuras– Descida de gás frio
Diâmetro típico deum alvéolo:
1000 km
Vida de um alvéolo:5 a 10 minutos
Formação de uma mancha solar
Região deconvecção
FotosferaF
rio
Fri
o
Fri
o
Que
nte
Que
nte
Frio
Que
nte
Que
nte
Frio
Sup
erfíc
iedo
Sol
Campo Campo magnético magnético
muito muito intensointenso
Região deirradiação
Região decondução
Manchas solares
Observaçãona regiãovisível doespectro
Manchas Solares
Manchas solares
Erupção solar
Região deconvecção
FotosferaF
rio
Fri
o
Fri
o
Que
nte
Que
nte
Frio
Que
nte
Que
nte
Frio
Sup
erfíc
iedo
Sol
Campo magnético
muito intenso
Região deirradiação
Região decondução
Seqüência de uma Erupção Solar
Grande erupção solar atingindo uma altura de 28 raios terrestres
Limbo do Sol
Cromosfera do Sol
Coroa
Zona de transição
CromosferaFotosfera
Interior Solar
2.000 km
Base da Fotosfera=2x10-4 Ar nas CNPT
10-3B da F10-6B da F
Super-granulação30.000 km
Vida de ~12h
Espículos
7.000km
Ondas rádio de = 10 cm
4.400 K25.000 K
Brilho:10-4 do brilho da fotosfera
SG
Linhas da Cromosfera
Núcleo Nível limiteexterno
Contínuo
n=1
n=2
n=3
n=4
n=5
n=6
n=
Estadofundamental
L
Lyman
L
L
L
Balmer
H
H
HH
P
Paschen
P P P
B B
BrackettBrackett
B
B
PfundPfund
F F
F
F
Transição ressonante
Aparecem as linhas:H do Hidrogênio (Balmer)
H do Ca II (3968 Ä)K do Ca II (3933 Ä)
He IIFe IISi IICr II
Zona de Transição do Sol
Coroa
Zona de transiçãoZona de transiçãoCromosfera
Fotosfera
Interior Solar
10-6B da F10-6B da F 10.000 km
Só é visível no UV fora da
atmosfera da Terra
25.000 K2.000.000 K
Coroa do Sol
Coroa
Zona de transição
CromosferaFotosfera
Interior Solar
H-
Fe XIV
Utilidade de um eclipse solar total
Para que observar o Sol durante o eclipse total?
Fotosferado Sol
Sol não eclipsado
Coroa Solar
Lua
Cromosfera
Sol eclipsado totalmente
Camadas da Coroa Solar
00
15 M
Tem
per
atu
ra [
K]
4.200
2 M
25.000
0,70,7 1,01,00,30,3R/Rsol
Cen
tro
Fo
tosf
era
Fo
tosf
era
Cro
mo
sfer
a
Reg
ião
de
tran
siçã
o
CoroaCoroa
Su
per
fíci
e
Interior do SolAtmosfera do Sol
ConduçãoIrradiação
Convecção
500 km
2.000 km
10.000 km700.000 km
K E F
Camada K da coroa Solar
K E F
Luz da fotosfera refletida pelos e-
Emite em rádio com = ~1 m
e em raio Xcom entre 3 e 60 A
Brilho: 10-9 do brilho da
fotosferaBuraco coronal
Camposmagnéticos
Garrafa magnética
(brilhante)
Sol
Camada E da coroa Solar
K E F
Fe X
Ca XV
Fe XIV
Emissão de raios X
Sol
Camada F da coroa Solar
K E F
Luz fotosférica
refletidapor poeira zodiacal(1 a 10
mícrons)
Não há grãos pois a alta
temperatura os vaporiza
4 RSolares
Existem grãos além a camada F
Sol
Vento Solar
Vento Solar
Radiação (luz)
Radiação (calor)
Sol
Elétrons
Prótons
Partículas Alfa (núcleos de Hélio)
Perda de massa pelo vento solar = 1 milhão de ton por segundo
Interação do Sol com a Terra
Campomagnéticoterrestre
Luz
Elétron
Próton
Partículaalfa
Nêutron
++
(dias) n0
(horas)p+
(horas)e-
(horas)
08m15s
B
q
Interação entre carga e campo
magnético
Auroraboreal
Auroraaustral
Aurora polar
Vento Solar
Sol
Plutão
Vento solar
Cauda ionizada(assoprada pelo vento solar)
Cauda de poeira
Cometa
Terra
Vento solar
3 a 4e-/cm3
v = 500 a 700 km/s
T = 100.000 a 200.000 K
Órbitade Plutão
Ciclo Solar
Ciclo solar de 11 anosCiclo solar de 11 anos
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Número de
manchas
0 11 22 33 44 55 66 77 88 anos
Máxima atividade
Mínima atividade
Máximo
Mínimo
Máximo
Mínimo
Deslocamento das manchas
450
30
15
00
-15
-30
-450
Latitudesolar
0 11 22 33 44 55 66 77 88anos
Equador
0 4 107 11 anos
Ciclo de 11 anos da atividade solar
Atividade Solar
Rotação do Sol
PNE
PSE
Eixo derotação
070 15‘
Plano daeclíptica
Equador
Solar
Período de rotação• Pólo Norte ~ 37 dias• Equador ~ 26• Pólo Sul ~ 37
Massa do Sol = 99,866% Massa Sistema SolarMomento angular do Sol = 1% Momento angular dos planetas
Rotação diferencial do Sol
Eixo derotação
Equador26 dias
37 dias
Evolução dos campos magnéticos
no Sol
Norte
Sul
Resultante sobre um ímã por causa de dois adjacentes
Despreendimento das linhas de campo
Erupção Solar
Alça
400 mil km
Par de manchas solares
Esquema geral da estrutura do Sol
EstruturaEstruturado Soldo Sol
Coroa
Zonacondutiva
Zonaradiativa
Zonaconvectiva
Manchasolar
Erupçãosolar
Observações Solares com Sondas
SOHOSolar and Heliospheric Observatory
Elementos da superfície solar
FimFim
Leis de Kirchhoff da formação de
linhas espectrais
Sol
