R. Boczko IAG-USP Sol 13 01 11
Tamanho do Sol comparado a outras estrelas Sol
Sol Abundância do elemento Elemento Por número  Por massa de átomos total H 91,2 % 71,0 % He 08,7 27,1 O, C, N, Si, Mn, Ne...
Sol Observação na região visível do espectro Luminosidade 3,845 x 10 26  W ~4 septilhões de lâmpadas de 100 W Raio 696 mil...
Superfície do Sol
Sol e Planetas Raio Solar = 109 Raios Terrestres Mer Vên Mar Ter Júp Sat Ura Net Plu
Formação do Universo e formação do Sol Formação do Sol 10 bilhões de anos 4,6 bi Cosmogonia Cosmologia Sol Atual Big-Bang
Evolução do Raio, da Temperatura e da Luminosidade do Sol 0 5 2 3 4 1 1,0 0,9 0,8 0,7 Hoje 5800 5750 5700 5650 5600 TE efe...
Evolução das temperaturas médias na Terra 30 25 20 40 35 Temperatura média da atmosfera ( o C) 0 100 200 300 400 500 600 M...
Variações na temperatura ambiental da Terra 50 30 10 100 90 70 0 Temperatura média da atmosfera ( o C) 2 1 0 -1 -2 -3 -4 B...
Variações na quantidade de gás carbônico na Terra 200 300 100 0 2 1 0 -1 -2 -3 -4 Bilhões de anos Hoje  ppm Teor de CO 2 ...
Estrutura básica do Sol Fotosfera Interior Solar Atmosfera solar
Estrutura mais fina do Sol Coroa Zona de transição Cromosfera Fotosfera Camada de  convecção Camada de  irradiação Camada ...
Temperatura nas camadas do Sol 0 15 M Temperatura [K] 4.200 2 M 25.000 0,7 1,0 0,3 R/R sol Centro Fotosfera Cromosfera Reg...
Densidade das camadas do Sol Coroa Zona de transição Cromosfera Fotosfera Camada de  convecção Camada de  irradiação Camad...
Interior do Sol
Interior do Sol Coroa Zona de transição Cromosfera Fotosfera Interior Solar
A estrela Sol Composição  Superficial  (massa) H  = 73,0% He  = 24,5% Outros  = 02,5% Temperatura 5.770 K Transporte de en...
Propagação do calor por Condução ) ( ) ) ( ( Sólidos ou fluidos de alta densidade
Propagação de calor por Convecção Fluidos
Propagação de calor por Irradiação Qualquer meio Fóton
Camadas do interior do sol Região de convecção Fotosfera Superfície do Sol Região de condução Região de irradiação 0 0,3 0...
Reações de nucleossíntese solar
Fusão do hidrogênio Para onde foi a massa faltante? p p D Neutrino Pósitron p He 3  p p p D He 3  Neutrino Pósitron p He...
Relação entre massa e energia m E E = m c 2   c = velocidade da luz no vácuo
Representação de um elemento químico  X X + + + +    Núcleo Z = Número de Prótons Z P = Número de Massa =   Z   +  Nêut...
Cadeia próton-próton gerando  He 1 1 H +  1 1 H     2 1 H + e +  +   2 1 H +  1 1 H     3 2 He +   3 2 He +  3 2 He  ...
Livre caminho médio dos fótons na camada radiativa Partícula Fóton Absorção e Re-emissão Alguns centímetros Tempo entre a ...
Dados do interior do Sol
Densidade solar 0 1,0 0,4 0,6 0,8 0,2 0,9 0,3 0,5 0,7 0,1 R/R sol Superfície Centro Densidade [g/cm 3 ] 180 120 160 140 10...
Pressão no interior solar 0 1,0 0,4 0,6 0,8 0,2 0,9 0,3 0,5 0,7 0,1 R/R sol Superfície Centro Pressão [Bilhões de atm] 250...
Temperatura no interior solar 0 1,0 0,4 0,6 0,8 0,2 16 10 Temperatura Milhões de [K] 14 12 8 2 6 4 00 0,9 0,3 0,5 0,7 0,1 ...
Geração de energia no Sol 0 1,0 0,4 0,6 0,8 0,2 0,9 0,3 0,5 0,7 0,1 R/R sol Superfície Centro 5 dL / dr (10 23  erg/s/cm) ...
Composição química do Sol 0 1,0 0,4 0,6 0,8 0,2 100 70 Massa [%] 90 80 60 30 50 40 20 10 00 0,9 0,3 0,5 0,7 0,1 R/R sol O ...
Mudanças na composição química do Sol 100% 75 50 25 0 % Centro Superfície Composição inicial de Hidrogênio Composição inic...
Espectro solar (empilhado)    Infravermelho Ultravioleta  
Superfície do Sol
Fotosfera do Sol Coroa Zona de transição Cromosfera Fotosfera Interior Solar 500 km  Base da Fotosfera =2 x 10 -4    Ar ...
Fotosfera do Sol
Espessura óptica  (     ) Neblina Transparente    < 1 Opaco    >  1    =  1
Definição da fotosfera Transparente    < 1    >  1 Opaco    =  1    =  Espessura óptica Base interna da fotosfera Apro...
Composição química do Sol Número atômico = Número de prótons no núcleo do elemento químico Abundância elementar com relaçã...
Convecção abaixo da fotosfera Região de convecção Fotosfera Quente Frio Frio Quente Frio Quente Frio Superfície do Sol Reg...
Estrutura Alveolar do Sol <ul><li>Regiões Claras </li></ul><ul><ul><li>Subida de gás  quente </li></ul></ul><ul><li>Regiõe...
Cíclotron v m q B B  (campo magnético)  v Visão lateral Visão superior R = m.v / ( q.B ) R v m q R F
Formação de uma mancha solar Região de convecção Fotosfera Frio Frio Frio Quente Frio Quente Frio Superfície do Sol Campo ...
Mancha solar
Manchas solares Observação na região visível do espectro
Manchas Solares
Manchas Solares
Manchas solares
Efeito Zeemann numa mancha solar Desdobramento das linhas espectrais G. E. Hale (1868-1938)
Erupção solar Região de convecção Fotosfera Frio Frio Frio Quente Frio Quente Frio Superfície do Sol Campo magnético muito...
Seqüência de uma Erupção Solar Grande erupção solar atingindo uma altura de 28 raios terrestres
Proeminências no limbo solar
Atmosfera do Sol
Cromosfera do Sol (esfera colorida) Coroa Zona de transição Cromosfera Fotosfera Interior Solar 2.000 km  Base da Fotosfe...
Cromosfera do Sol
Espículos e Super grânulos
Zona de Transição do Sol Coroa Zona de transição Cromosfera Fotosfera Interior Solar 10 -6  B da F 10 -6  B da F 10.000 ...
Coroa do Sol Coroa Zona de transição Cromosfera Fotosfera Interior Solar H - Fe XIV Fe XIV  Ferro que &quot;perdeu&quot; 1...
Coroa solar
Coroa solar
Utilidade de um eclipse solar total Astrônomos se preparam para observar o  Sol  durante o próximo  eclipse solar total ! ...
Para que observar o Sol durante o eclipse total? Fotosfera do Sol Sol não eclipsado Coroa Solar Cromosfera Lua Sol eclipsa...
Coroa solar em diferentes ocasiões
Cargas elétricas em campos magnéticos
Cargas elétricas em campos magnéticos + v q B Região com campo magnético B Carga elétrica em movimento num campo magnético...
Vento Solar
Vento Solar Perda de massa pelo vento solar = 1 milhão de ton por segundo Radiação (luz) Radiação (calor) Sol Elétrons Pró...
Cometa perto do Sol Aumentando a massa do Sol!
Interação do Sol com a Terra Campo magnético terrestre Luz 08 m 15 s Elétron Próton Partícula alfa Nêutron  ++ (dias) n 0...
Aurora em Iowa
Aurora no Alasca 2005 jan
Aurora e Chuva de meteoros Chuva de meteoros : Quadrantides (100 meteoros/hora) Fotografado de um avião
Características do Vento Solar Sol Plutão Vento solar Cauda ionizada (assoprada pelo vento solar) Cauda de poeira Cometa T...
Ondas eletromagnéticas e a atmosfera da Terra
Ciclo Solar
Ciclo Solar de 11 anos Número de manchas Ano Máximo Solar Mínimo Solar
Local de nascimento das manchas 45 0 30 15 0 0 -15 -30 -45 0 Latitude solar 0  11  22  33  44  55  66  77  88 anos Equador...
Ciclo solar de  ~11,2 anos Obtido pela SOHO (IV) Mínimo Mínimo Máximo
Sol visto em diversas cores Ultravioleta 304 nm Ultravioleta 284 nm Ultravioleta 195 nm Ultravioleta 174 nm Visível
Mínimo de Maunder  no número de manchas solares Interregno de baixo número de manchas solares
Mostrando a rotação do Sol <ul><li>Período de rotação </li></ul><ul><li>Pólo Norte ~ 37 dias </li></ul><ul><li>Equador ~ 2...
Rotação diferencial do Sol
Evolução dos campos magnéticos no Sol Norte Sul Resultante sobre um ímã por causa de dois adjacentes A resultante sobre ca...
Despreendimento das linhas de campo Sol Alça Limbo solar
Erupção Solar Alça 400 mil km
Linhas de campo num bipolo
Par de manchas solares
Esquema geral da estrutura do Sol
Estrutura do Sol Coroa Zona condutiva Zona radiativa Zona convectiva Mancha solar Erupção solar
Observações Solares com Sondas
SOHO Solar and Heliospheric Observatory
Proeminência solar Foto: SOHO (UV) Hélio ionizado 2000 Ano do Máximo de Atividade Solar Tamanho aproximado da Terra na mes...
Ejeção de massa do Sol
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  1. 1. R. Boczko IAG-USP Sol 13 01 11
  2. 2. Tamanho do Sol comparado a outras estrelas Sol
  3. 3. Sol Abundância do elemento Elemento Por número Por massa de átomos total H 91,2 % 71,0 % He 08,7 27,1 O, C, N, Si, Mn, Ne, Fe, S etc. 00,1 01,9
  4. 4. Sol Observação na região visível do espectro Luminosidade 3,845 x 10 26 W ~4 septilhões de lâmpadas de 100 W Raio 696 mil km Massa 1,9891 x 10 27 ton Visão da fotosfera Terra (em escala) Distância (sem escala)
  5. 5. Superfície do Sol
  6. 6. Sol e Planetas Raio Solar = 109 Raios Terrestres Mer Vên Mar Ter Júp Sat Ura Net Plu
  7. 7. Formação do Universo e formação do Sol Formação do Sol 10 bilhões de anos 4,6 bi Cosmogonia Cosmologia Sol Atual Big-Bang
  8. 8. Evolução do Raio, da Temperatura e da Luminosidade do Sol 0 5 2 3 4 1 1,0 0,9 0,8 0,7 Hoje 5800 5750 5700 5650 5600 TE efetiva [K] R/R s L/L s Raio Temperatura Luminosidade Bilhões de anos Origem
  9. 9. Evolução das temperaturas médias na Terra 30 25 20 40 35 Temperatura média da atmosfera ( o C) 0 100 200 300 400 500 600 Milhões de anos atrás Hoje 30 25 20 0 C 40 0 C 35 Glaciação Glaciação Glaciação
  10. 10. Variações na temperatura ambiental da Terra 50 30 10 100 90 70 0 Temperatura média da atmosfera ( o C) 2 1 0 -1 -2 -3 -4 Bilhões de anos Hoje
  11. 11. Variações na quantidade de gás carbônico na Terra 200 300 100 0 2 1 0 -1 -2 -3 -4 Bilhões de anos Hoje  ppm Teor de CO 2 (  [ppm]) Limite mínimo para sustentar a fotossíntese
  12. 12. Estrutura básica do Sol Fotosfera Interior Solar Atmosfera solar
  13. 13. Estrutura mais fina do Sol Coroa Zona de transição Cromosfera Fotosfera Camada de convecção Camada de irradiação Camada de condução
  14. 14. Temperatura nas camadas do Sol 0 15 M Temperatura [K] 4.200 2 M 25.000 0,7 1,0 0,3 R/R sol Centro Fotosfera Cromosfera Região de transição Coroa Superfície Interior do Sol Atmosfera do Sol Condução Irradiação Convecção 500 km 2.000 km 10.000 km 700.000 km K E F
  15. 15. Densidade das camadas do Sol Coroa Zona de transição Cromosfera Fotosfera Camada de convecção Camada de irradiação Camada de condução 150 15 0,15 2x10 -7 5x10 -9 2x10 -13 2x10 -15 g/cm 3 Densidades [g/cm 3] Atmosfera da Terra 0,001 Água 1 Ferro 7,9 Chumbo 11,3 Mercúrio 13,6 Ouro 19,3 Irídio 22,5
  16. 16. Interior do Sol
  17. 17. Interior do Sol Coroa Zona de transição Cromosfera Fotosfera Interior Solar
  18. 18. A estrela Sol Composição Superficial (massa) H = 73,0% He = 24,5% Outros = 02,5% Temperatura 5.770 K Transporte de energia Condução Radiação Convecção Fotosfera
  19. 19. Propagação do calor por Condução ) ( ) ) ( ( Sólidos ou fluidos de alta densidade
  20. 20. Propagação de calor por Convecção Fluidos
  21. 21. Propagação de calor por Irradiação Qualquer meio Fóton
  22. 22. Camadas do interior do sol Região de convecção Fotosfera Superfície do Sol Região de condução Região de irradiação 0 0,3 0,7 1,0 R
  23. 23. Reações de nucleossíntese solar
  24. 24. Fusão do hidrogênio Para onde foi a massa faltante? p p D Neutrino Pósitron p He 3  p p p D He 3  Neutrino Pósitron p He 4 p p p m = 100% m = 99,3% p p He 4
  25. 25. Relação entre massa e energia m E E = m c 2 c = velocidade da luz no vácuo
  26. 26. Representação de um elemento químico X X + + + +    Núcleo Z = Número de Prótons Z P = Número de Massa = Z + Nêutrons P
  27. 27. Cadeia próton-próton gerando He 1 1 H + 1 1 H  2 1 H + e + +  2 1 H + 1 1 H  3 2 He +  3 2 He + 3 2 He  4 2 He + 2 1 1 H 3 2 He + 4 2 He  7 4 Be +  69% 31% 7 4 Be + e -  7 3 Li +  7 3 Li + 1 1 H  2 4 2 He 7 4 Be + 1 1 H  8 5 B +  8 5 B  8 4 Be + e + +  8 4 Be  2 4 2 He 99,7% 0,3%
  28. 28. Livre caminho médio dos fótons na camada radiativa Partícula Fóton Absorção e Re-emissão Alguns centímetros Tempo entre a geração do fóton no núcleo e sua saída pela fotosfera: milhões de anos Núcleo Região radiativa
  29. 29. Dados do interior do Sol
  30. 30. Densidade solar 0 1,0 0,4 0,6 0,8 0,2 0,9 0,3 0,5 0,7 0,1 R/R sol Superfície Centro Densidade [g/cm 3 ] 180 120 160 140 100 40 80 60 20 00
  31. 31. Pressão no interior solar 0 1,0 0,4 0,6 0,8 0,2 0,9 0,3 0,5 0,7 0,1 R/R sol Superfície Centro Pressão [Bilhões de atm] 250 200 150 100 50 00
  32. 32. Temperatura no interior solar 0 1,0 0,4 0,6 0,8 0,2 16 10 Temperatura Milhões de [K] 14 12 8 2 6 4 00 0,9 0,3 0,5 0,7 0,1 R/R sol Superfície Centro
  33. 33. Geração de energia no Sol 0 1,0 0,4 0,6 0,8 0,2 0,9 0,3 0,5 0,7 0,1 R/R sol Superfície Centro 5 dL / dr (10 23 erg/s/cm) 4 3 2 1 0
  34. 34. Composição química do Sol 0 1,0 0,4 0,6 0,8 0,2 100 70 Massa [%] 90 80 60 30 50 40 20 10 00 0,9 0,3 0,5 0,7 0,1 R/R sol O C N Ne Si Fe H He He H Superfície Centro
  35. 35. 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
  36. 36. Espectro solar (empilhado)  Infravermelho Ultravioleta 
  37. 37. Superfície do Sol
  38. 38. Fotosfera do Sol Coroa Zona de transição Cromosfera Fotosfera Interior Solar 500 km  Base da Fotosfera =2 x 10 -4  Ar nas CNPT 10 -3  B da F 6.500 K 4.200 K 1 H - para cada 10 7 H 0
  39. 39. Fotosfera do Sol
  40. 40. Espessura óptica (  ) Neblina Transparente  < 1 Opaco  > 1  = 1
  41. 41. Definição da fotosfera Transparente  < 1  > 1 Opaco  = 1  = Espessura óptica Base interna da fotosfera Aproximação de Eddington: T Efetiva = T (  = 2/3) = 5.770 K (Para  =5.000 Ä)
  42. 42. Composição química do Sol Número atômico = Número de prótons no núcleo do elemento químico Abundância elementar com relação ao Silício Si 1
  43. 43. Convecção abaixo da fotosfera Região de convecção Fotosfera Quente Frio Frio Quente Frio Quente Frio Superfície do Sol Região de condução Região de irradiação “ Superfície craterada” do Sol
  44. 44. Estrutura Alveolar do Sol <ul><li>Regiões Claras </li></ul><ul><ul><li>Subida de gás quente </li></ul></ul><ul><li>Regiões Escuras </li></ul><ul><ul><li>Descida de gás frio </li></ul></ul>Diâmetro típico de um alvéolo: 1000 km Vida de um alvéolo: 5 a 10 minutos
  45. 45. Cíclotron v m q B B (campo magnético)  v Visão lateral Visão superior R = m.v / ( q.B ) R v m q R F
  46. 46. Formação de uma mancha solar Região de convecção Fotosfera Frio Frio Frio Quente Frio Quente Frio Superfície do Sol Campo magnético muito intenso Região de irradiação Região de condução
  47. 47. Mancha solar
  48. 48. Manchas solares Observação na região visível do espectro
  49. 49. Manchas Solares
  50. 50. Manchas Solares
  51. 51. Manchas solares
  52. 52. Efeito Zeemann numa mancha solar Desdobramento das linhas espectrais G. E. Hale (1868-1938)
  53. 53. Erupção solar Região de convecção Fotosfera Frio Frio Frio Quente Frio Quente Frio Superfície do Sol Campo magnético muito intenso Região de irradiação Região de condução
  54. 54. Seqüência de uma Erupção Solar Grande erupção solar atingindo uma altura de 28 raios terrestres
  55. 55. Proeminências no limbo solar
  56. 56. Atmosfera do Sol
  57. 57. Cromosfera do Sol (esfera colorida) Coroa Zona de transição Cromosfera Fotosfera Interior Solar 2.000 km  Base da Fotosfera = 2 x 10 -4  Ar nas CNPT 10 -3  B da F 10 -6  B da F Super-granulação 30.000 km Vida de ~12 h Espículos 7.000 km Ondas rádio de  = 10 cm 4.400 K 25.000 K Brilho: 10 -4 do brilho da fotosfera SG
  58. 58. Cromosfera do Sol
  59. 59. Espículos e Super grânulos
  60. 60. Zona de Transição do Sol Coroa Zona de transição Cromosfera Fotosfera Interior Solar 10 -6  B da F 10 -6  B da F 10.000 km Só é visível no UV fora da atmosfera da Terra 25.000 K 2.000.000 K
  61. 61. Coroa do Sol Coroa Zona de transição Cromosfera Fotosfera Interior Solar H - Fe XIV Fe XIV Ferro que &quot;perdeu&quot; 13 dos seus 26 elétrons (emite luz verde) Coronógrafo Instrumento para observar a coroa solar durante os eclipses solares totais
  62. 62. Coroa solar
  63. 63. Coroa solar
  64. 64. Utilidade de um eclipse solar total Astrônomos se preparam para observar o Sol durante o próximo eclipse solar total ! Esses astrônomos são doidos!
  65. 65. Para que observar o Sol durante o eclipse total? Fotosfera do Sol Sol não eclipsado Coroa Solar Cromosfera Lua Sol eclipsado totalmente
  66. 66. Coroa solar em diferentes ocasiões
  67. 67. Cargas elétricas em campos magnéticos
  68. 68. Cargas elétricas em campos magnéticos + v q B Região com campo magnético B Carga elétrica em movimento num campo magnético é acelerada e emite luz +  
  69. 69. Vento Solar
  70. 70. Vento Solar Perda de massa pelo vento solar = 1 milhão de ton por segundo Radiação (luz) Radiação (calor) Sol Elétrons Prótons Partículas Alfa (núcleos de Hélio)
  71. 71. Cometa perto do Sol Aumentando a massa do Sol!
  72. 72. Interação do Sol com a Terra Campo magnético terrestre Luz 08 m 15 s Elétron Próton Partícula alfa Nêutron  ++ (dias) n 0 (horas) p + (horas) e - (horas) B q Interação entre carga e campo magnético Aurora boreal Aurora austral
  73. 73. Aurora em Iowa
  74. 74. Aurora no Alasca 2005 jan
  75. 75. Aurora e Chuva de meteoros Chuva de meteoros : Quadrantides (100 meteoros/hora) Fotografado de um avião
  76. 76. Características do Vento Solar Sol Plutão Vento solar Cauda ionizada (assoprada pelo vento solar) Cauda de poeira Cometa Terra Vento solar 3 a 4 e - /cm 3 v = 500 a 700 km/s T = 100.000 a 200.000 K Órbita de Plutão
  77. 77. Ondas eletromagnéticas e a atmosfera da Terra
  78. 78. Ciclo Solar
  79. 79. Ciclo Solar de 11 anos Número de manchas Ano Máximo Solar Mínimo Solar
  80. 80. Local de nascimento das manchas 45 0 30 15 0 0 -15 -30 -45 0 Latitude solar 0 11 22 33 44 55 66 77 88 anos Equador 0 4 10 7 11 anos
  81. 81. Ciclo solar de ~11,2 anos Obtido pela SOHO (IV) Mínimo Mínimo Máximo
  82. 82. Sol visto em diversas cores Ultravioleta 304 nm Ultravioleta 284 nm Ultravioleta 195 nm Ultravioleta 174 nm Visível
  83. 83. Mínimo de Maunder no número de manchas solares Interregno de baixo número de manchas solares
  84. 84. Mostrando a rotação do Sol <ul><li>Período de rotação </li></ul><ul><li>Pólo Norte ~ 37 dias </li></ul><ul><li>Equador ~ 26 </li></ul><ul><li>Pólo Sul ~ 37 </li></ul>
  85. 85. Rotação diferencial do Sol
  86. 86. Evolução dos campos magnéticos no Sol Norte Sul Resultante sobre um ímã por causa de dois adjacentes A resultante sobre cada ímã é nula
  87. 87. Despreendimento das linhas de campo Sol Alça Limbo solar
  88. 88. Erupção Solar Alça 400 mil km
  89. 89. Linhas de campo num bipolo
  90. 90. Par de manchas solares
  91. 91. Esquema geral da estrutura do Sol
  92. 92. Estrutura do Sol Coroa Zona condutiva Zona radiativa Zona convectiva Mancha solar Erupção solar
  93. 93. Observações Solares com Sondas
  94. 94. SOHO Solar and Heliospheric Observatory
  95. 95. Proeminência solar Foto: SOHO (UV) Hélio ionizado 2000 Ano do Máximo de Atividade Solar Tamanho aproximado da Terra na mesma escala
  96. 96. Ejeção de massa do Sol
  97. 97. Fim R. Boczko

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