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Como os cientistas determinam a composição e a atmosfera de outros planetas?

Como os cientistas determinam a composição e a atmosfera de outros planetas?
Parece que a cultura popular está cheia de notícias recentes sobre descobertas espaciais e um fascínio por encontrar outros planetas “semelhantes à Terra”. No entanto, considerando que fomos apenas à superfície de dois outros planetas em nosso próprio sistema solar (sem contar a lua), parece que estamos muito confiantes sobre a composição de muitos outros planetas e luas em nosso sistema solar e além.

Os cientistas estão apenas adivinhando quando chamam um planeta potencialmente habitável? Como eles podem determinar a composição ea atmosfera dos planetas que estão a milhões ou bilhões de quilômetros de distância?

Analisando mundos distantes.

Cem anos atrás, as coisas eram muito diferentes na astronomia. Nossos cálculos de velocidade, tamanho, composição e atmosfera de planetas distantes foi pouco mais do que um palpite, mas nossas habilidades melhoraram uma quantidade incrível no século passado. Quando olhamos para o nosso próprio sistema solar, podemos fazer um palpite muito educado sobre a composição de um planeta porque eles estão tão perto da Terra. Para alguns planetas, como Marte e Vênus, temos sido fisicamente à superfície e determinado o que eles são feitos de, mas não visitamos a superfície de muitos dos nossos outros vizinhos do sistema solar.
No entanto, sabemos qual é a composição e tamanho da Terra, especificamente sua densidade, para que possamos aplicar essa mesma informação em comparação com outros planetas. Se encontrarmos um planeta do tamanho da Terra que tenha a mesma densidade, então podemos supor que eles são feitos de componentes semelhantes (rocha de silicato em torno de um núcleo de ferro e níquel). Se uma estrela é muito mais maciça, mas menos densa, então é mais provável que seja uma gigante de gás (por exemplo, Júpiter, Saturno, Urano), e é provavelmente composto de elementos mais leves, como hidrogênio e hélio que cercam um metal rochoso ou fundido testemunho.
Determinar a densidade de um planeta é outra questão complicada, no entanto, porque precisamos conhecer a massa eo volume do planeta. Com base no que aprendemos sobre as órbitas e as leis newtonianas da física, podemos calcular a massa de um planeta com base no efeito que ela tem em sua estrela-mãe. Como um planeta orbita uma estrela, há uma minúscula atração sobre a estrela causada pela massa do movimento do planeta. Este wobble é porque o planeta puxa a estrela, ligeiramente mudando sua velocidade; Estas mudanças na velocidade podem nos dizer a massa do objeto planetário com extrema precisão, com base em nosso conhecimento do deslocamento vermelho e fenômenos de mudança azul, comumente conhecidos como o efeito Doppler (Saiba mais sobre o Efeito Doppleraqui).
Diagrama de deslocamento vermelho e azul (Crédito da foto: wired.com)
Diagrama de deslocamento vermelho e azul (Crédito da foto: wired.com)
O volume, entretanto, é uma ciência ligeiramente menos exata. Ao observar eclipses (quando um planeta passa em frente de uma estrela), ou uma lua passando na frente de um planeta, podemos detectar o escurecimento da luz causada por esse cruzamento. Quando um planeta passa em frente a uma estrela, oculta uma certa porção da superfície estelar, que pode ser medida, e um diâmetro pode ser estabelecido. Uma vez que um diâmetro é calculado, ea forma de uma esfera é assumida, o volume pode ser medido com certa precisão.
Com volume e massa na mão, a densidade pode ser calculada, dando-nos uma idéia de que “tipo” de planeta é (rochoso, fundido, Earth-like, gás gigante, ou qualquer outra coisa inteiramente). Podemos fazer suposições educadas sobre o tipo de elementos que seriam encontrados na superfície com base nesta medição.

Mas o que sobre a atmosfera?

Determinar a composição atmosférica de um planeta parece que seria mais difícil, mas na verdade, é muito simples. Sempre que a luz é observada a partir de um objeto, essa luz pode ser medida para determinar o que foi “filtrada”. Por exemplo, quando observamos um planeta distante, podemos detectar a luz das estrelas que está passando através de sua atmosfera. Agora, diferentes elementos absorvem a luz, em vez de deixá-la passar, mas apenas absorvem certas partes do espectro da luz. Isso gera uma “assinatura leve”.
Exemplos de assinatura leve (Crédito da foto: visionlearning.com)
Exemplos de assinatura leve (Crédito da foto: visionlearning.com)
Usando um instrumento chamado espectrômetro, os astrônomos podem medir a luz que estão detectando através da atmosfera e, em seguida, espalhar esse espectro, que vai acabar parecendo um código de barras. Esses fragmentos “em falta” do espectro da luz nos dizem precisamente quais elementos estão presentes na atmosfera, pois medimos a absorção de luz de cada elemento conhecido e podemos usá-lo como uma escala padrão.
Se estivéssemos a olhar para um espectro de luz vindo da Terra, por exemplo, o “código de barras” estaria faltando as freqüências que se correlacionam a nitrogênio, oxigênio e argônio estariam faltando, como aqueles compõem a atmosfera da Terra (78%, 21% e 1 %, Respectivamente). Essas leituras do espectro de luz nos dão acesso às impressões digitais do universo, e nossa capacidade de ler e entender essas medições está ficando cada vez melhor.
De fato, certos espectrômetros nem mesmo lêem a luz visível, a luz que está fora do espectro visível (microondas e raios-X). Estas medições seguem a mesma idéia, no entanto, e eles podem nos dizer muito sobre a composição elemental de objetos mesmo de todo o universo!

Referências:

  1. Como sabemos o que outros planetas (e estrelas, galáxias, etc.) são feitos? –Pergunte a um astrônomo (Universidade de Cornell)
  2. Scientific American
  3. EUA hoje
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