Orientador: Ernesto Vieira Neto / Resumo: O estudo da formação e evolução do Sistema Solar é uma fonte de informação para entender sob quais condições a vida poderia surgir e evoluir. Nós apresentamos, nesta Tese de doutorado, um estudo numérico da fase final de acresção dos planetas gigantes do Sistema Solar durante e após a fase do disco de gás protoplanetário. Em nossas simulações, utilizamos um modelo recente e confiável para a formação de Urano e Netuno para esculpir as propriedades do disco trans-Netuniano original (Izidoro et al. , 2015a). Nós fizemos este estudo de uma maneira autoconsistente considerando os efeitos do gás e da evolução dos embriões planetários que formam Urano e Netuno por colisões gigantescas. Consideramos diferentes histórias de migração de Júpiter, devido a incerteza de como Júpiter migrou, durante a fase de gás. As nossas simulações permitiram obter pela primeira vez as propriedades orbitais do disco trans-Netuniano original. Então, calculamos o tempo de instabilidade dos planetas gigantes a partir de sistemas planetários que formam similares Urano e Netuno. Nossos resultados indicam fortemente que a instabilidade dos planetas gigantes acontecem cedo em até 500 milhões de anos e mais provável ainda ter acontecido em 136 milhões de anos após a dissipação do gás. Nós também realizamos simulações para discutir alguns efeitos dinâmicos que acontecem na região do cinturão de Kuiper. Estes efeitos acontecem quando Netuno esteve em alta excentricidade durante a instabilidade planetária. Para es... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: A study of the formation and evolution of the Solar System is a source of information for an understanding of what conditions life could arise and evolve. We present a numerical study of the final stage of accretion of the giant planets of the Solar System during and after the protoplanetary gas disc phase. In our simulations, we use a recent and reliable model for the formation of Uranus and Neptune to sculpt the properties of the original trans-Neptunian disk (Izidoro et al. , 2015a). We have done this study in a self-consistent way considering the effects of gas and the evolution of planetary embryos which form Uranus and Neptune by mutual giant collisions. We considered different Jupiter migration stories due to the uncertainty of how Jupiter’s migration was during the gas phase. Our simulations provide for the first time to obtain the orbital properties of the original trans-Neptunian disk. We then calculate the instability time of the giant planets from planetary systems which form similar Uranus and Neptune. Our results strongly indicate that the instability of the giant planets occurs early within 500 million years and even more likely to happen at 136 million years after gas dissipation. We also perform simulations to discuss some dynamical effects that happen in the Kuiper belt region. These effects happen when Neptune was in high eccentricity during planetary instability. For this problem, we use the simulations performed by Gomes et al. (2018) who investigated the... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Este trabalho propõe caracterizar a complementaridade espacial-temporal entre energia eólica e solar fotovoltaica entre regiões do Brasil e estudar, no âmbito da comercialização de energia elétrica no Setor Elétrico Brasileiro - SEB, se um portfólio formado por estas fontes trazem vantagens econômicas relevantes para o investidor. Para atender a estes objetivos, foram estudados métodos para tratamento dos dados como a correção da irradiância solar, cálculo da energia gerada pelas fontes estudadas, o ambiente de contratação de energia elétrica no Brasil, métodos de otimização e modelos de análise de risco para contratação de energia no mercado livre de energia. A metodologia proposta para responder as questões colocadas foi aplicada em um estudo de caso envolvendo três regiões brasileiras em um horizonte de dez anos. Concluiu-se que existe a complementaridade energética entre as fontes nas diferentes regiões estudadas e em diferentes períodos de tempo. Confirmou-se que tecnicamente pode-se reduzir a oscilação na geração de energia analisando as fontes de forma complementar, porém, o custo de instalação da fonte fotovoltaica ainda é muito alto, inviabilizando até o momento investimentos em larga escala e de forma complementar a fonte eólica. Também verificou-se, dentro dos locais avaliados, que somente um dos três locais apresentou benefício econômico-financeiro com a formação de portfólio das fontes eólica e solar atuando no mercado de venda de energia e atendendo os critérios de risco limite estabelecidos quando avaliadas segundo a ótica da maximização da receita no mercado livre. / This thesis proposes to characterize the spatial-temporal complementarity between wind and solar photovoltaic energy between regions of Brazil and study, in the marketing of electricity in the Brazilian Electrical Sector - SEB, a portfolio formed by these sources bring significant economic benefits to the investor. To meet these goals, methods for data processing were studied as correction of solar irradiance calculation of the energy generated by the sources studied, the environment of contracting electricity in Brazil, optimization methods and models for risk analysis for contracting energy in the free energy market. The proposed methodology to answer the questions was applied in a case study involving three Brazilian regions with a horizon of ten years time series. It was concluded that there is complementarity between energy sources in the different regions studied and in different time periods. It was confirmed that technically can reduce the fluctuation in power generation by analyzing the complement of sources, however, the installation cost of photovoltaic power is still too high, preventing yet large-scale investments and complementary way the source wind. Also it was found within the sites evaluated, only one of the three sites presented economic and financial benefit by the portfolio of wind and solar sources acting in the sale of energy market and considering the risk criteria limit established when evaluated according to perspective of maximizing revenue in the free energy market.

Nesta tese estudamos algumas regiões de aparente estabilidade no cinturão de asteróides e no cinturão de Kuiper, analisando a evoluçãao dinâmica dos objetos nessas regiões por intervalos de tempo muito longos, em geral, da ordem da idade do Sistema Solar. Centramos principalmente nossa atenção no estudo das populações de pequenos corpos ressonantes, analisando três exemplos diferentes: a ressonância 2/1 com Júpiter e seu entorno (falha de Hecuba), a ressonância 2/3 com Netuno (Plutinos), e a ressonância 1/1 com Júpiter (Troianos). Atacamos o problema com diferentes ferramentas numéricas e analíticas: integração numérica direta de modelos precisos, modelos estatísticos de caminhada aleatória, modelos semi-analíticos baseados no desenvolvimento assimétrico da função perturbadora, cálculo de expoentes de Lyapunov, análise de freqüências, determinação de elementos próprios e taxas de difusão, etc. Os resultados obtidos permitem elaborar conclusões sobre a possível origem e evolução dinâmica destas populações. / In this thesis, we study some regions of regular motion in the asteroid main belt and in the Kuiper belt. We analyze the dynamical evolution in these regions over time scales of the order of the age of the Solar System. We centered our study on the populations of resonant minor bodies, discussing three examples: the 2/1 mean motion resonance with Jupiter (Hecuba gap), the 2/3 resonance with Neptune (Plutinos), and the 1/1 resonance with Jupiter (Trojans). We attack the problem with several different tools, both analytic and numeric: integration of N-body models, random-walk statistical models, semi-analytical models based on the assymetric expansion of the disturbing function, calculation of the maximum Lyapunov exponent, frequancy analysis, estimates of the diffusion of proper elements, etc. The results allow to draw conclusions about the possible origin of these populations.

Neste trabalho são apresentadas as equações do movimento de dois corpos orbitando um ao redor do outro com o centro de massa deste sistema orbitando ao redor de um corpo primário com massa muito maior do que a massa de cada um deles. Considera-se a perturbação de um quarto corpo que também orbita ao redor do primário. Utilizando polinômios de Legendre obtêm-se, em termos de elementos keplerianos, a função perturbadora relativa à perturbação dos corpos massivos sobre os corpos menores. A função perturbadora é substituída no sistema de Equações de Lagrange, que é integrado considerando apenas a parte secular; são analisadas as Equações de Lagrange para um hipotético sistema de asteróides binários.

Nesta tese o principal objetivo é investigar bacias de escape, conjuntos invariantes caóticos e o tempo de escape no processo de escape de trajetórias no Problema Restrito de Três Corpos Circular Planar PR3CCP e no sistema de Hénon-Heiles. Bacias de escape e conjuntos fractais invariantes são construídos numericamente. Para o sistema de Hénon-Heiles, analisamos bacias de escape para valores de energia maiores que o da energia de escape Ee. Nesta situação as trajetórias podem escapar da região limitada e ir para o infinito através das três diferentes saídas que abrem para o mesmo valor de energia. Para PR3CCP, aplicamos nossa investigação em dez subsistemas do Sistema Solar, considerando a região de condições iniciais nos arredores do primário menor, mais precisamente entre os Lagrangeanos Colineares L1 e L2. A análise para PR3CCP é dividida em quatro importantes casos, definidos para diferentes níveis de energia, revelando diferentes situações de saída da região limitada. Nossa análise revela a existência de limites de fronteiras fractais associadas à variedade estável da sela caótica computada pelo algoritmo sprinkler. Os diferentes casos são examinados baseados na análise do tempo que as trajetórias levam para deixarem a região de espalhamento. Estas análises são fundamentais no processo de transporte entre regiões no contexto de missões espaciais e no estudo de sistemas naturais do Sistema solar.

Um dos maiores desafios para as agências espaciais é a utilização de fontes alternativas de energia que possibilitem missões espaciais de baixo custo no Sistema Solar. Neste contexto, a pressão de radiação solar tem sido apresentada como uma forma alternativa de propulsão para missões espaciais interplanetárias. Neste trabralho empregamos o modelo do Problema Restrito de Três Corpos Circular Espacial com a inclusão da força de pressão da radiação solar para investigar as estruturas dinâmicas mais essenciais no sistema Sol-Terra, isto é, as soluções de equilíbrio. Para um baixo valor do número de luminosidade, realizamos uma análise biparamétrica detalhada das famílias de soluções de equilíbrio que se relacionam às soluções clássicas do Problema Restrito. Através de um método de continuação numérica, calculamos os equilíbrios e suas localizações no espaço de fase e realizamos a análise de estabilidade linear dessas soluções, apresentando um estudo da classificação dos diferentes tipos de estabilidade no plano biparamétrico e suas bifurcações.

Orientador: Othon Cabo Winter / Coorientador: Ernesto Vieira Neto / Banca: Rafael Sfair / Banca: Tadashi Yokoyama / Banca: Nelson Calegari / Banca: Rodney Gomes / Resumo: Realizamos dois diferentes estudos envolvendo o acoplamento spin-_orbita. Um deles foi sobre a origem da obliquidade de Urano, que ainda permanece desconhecida. Algumas teorias de formação foram publicadas nas ultimas décadas, sendo que as duas mais citadas: por meio de uma colisão (Urano sofreu uma grande colisão tangencial); e por meio de um efeito ressonante entre a rotação de Urano e um satélite. Focamos nosso estudo no modelo de ressonância. Baseado num artigo de Boué & Laskar (2010), no qual os autores estudam a origem da obliquidade de Urano por meio de uma ressonância que só ocorre na presença de um satélite de grande porte (Satélite X). Fizemos um estudo numérico do problema em questão. Utilizando _orbitas já integradas do Modelo de Nice, estudamos a possibilidade de obter a atual obliquidade de Urano devido a perturbações dos planetas gigantes, Sol e o Satélite X. Nossos resultados mostram que o Satélite X ocasiona crescimento na obliquidade de Urano, podendo assim ser o responsável pela atual configuração do eixo de rotação de Urano, onde esse crescimento da obliquidade ocorre somente para determinadas configurações de semi-eixo maior e massa do Satélite X, sendo máximo quando o ângulo ressonante ( ���� _) (longitude do equador de Urano menos a longitude do nodo ascendente do Satélite X) é zero e mínima quando é 180 graus. Porém, assim como no estudo anterior, só foi possível reproduzir a atual obliquidade de Urano com Satélite X com massas excessivamente grandes, da ordem de 0; 01 da massa de Urano. As simulações mostraram também que o Satélite X causa instabilidade no sistema de satélites internos desestabilizando-os a ponto de extingui-los. Outro estudo realizado foi sobre a origem de sistemas binários de asteroides por meio de ruptura rotacional. O processo de fissão rotacional de asteroides ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: We conducted two different studies about the spin-orbit coupling. One of them was about the origin of Uranus obliquity, that still remains unknown. Some theories of formations have been published in the last decades, the two most cited is: by collision (Uranus suffered a great tangential collision) and by a resonance between Uranus rotation and a satellite. We focused our study on the resonance model. Based on article of Boué & Laskar (2010), in which the authors study the origin of Uranus obliquity by a resonance that occurs only in the presence of a large satellite (Satellite X). We did a numerical study of this problem. Using orbits previously integrated by Nice Model, we studied the possibility of obtaining the current Uranus obliquity due to disturbances of the giant planets, the Sun and the Satellite X. Our results show that the Satellite X causes growth in Uranus obliquity and so may be the responsible for the current configuration of the Uranus rotation axis. And this growth of obliquity occurs only for certain configurations of semi-major axis and mass of the Satellite X, and maximum when the resonant angle ( ���� _) (Uranus's equator longitude less the longitude of the ascending node of the Satellite X) is zero and minimal when it is 180 degrees. However, as in the previous study, it was only possible to reproduce the current Uranus obliquity with Satellite X with excessively large masses, about 0:01 mass of Uranus. The simulations also showed that Satellite X causes instability in the satellite with internal orbits until extinguishing them. Another study was about the origin of binary asteroid systems through rotational fission. The process of rotational fission of asteroids has been studied theoretically Scheeres (2007) and numerically Jacobson & Scheeres (2011) with simplified models restricted to planar motion. However, the observed physical configuration of contact ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Este trabalho propõe caracterizar a complementaridade espacial-temporal entre energia eólica e solar fotovoltaica entre regiões do Brasil e estudar, no âmbito da comercialização de energia elétrica no Setor Elétrico Brasileiro - SEB, se um portfólio formado por estas fontes trazem vantagens econômicas relevantes para o investidor. Para atender a estes objetivos, foram estudados métodos para tratamento dos dados como a correção da irradiância solar, cálculo da energia gerada pelas fontes estudadas, o ambiente de contratação de energia elétrica no Brasil, métodos de otimização e modelos de análise de risco para contratação de energia no mercado livre de energia. A metodologia proposta para responder as questões colocadas foi aplicada em um estudo de caso envolvendo três regiões brasileiras em um horizonte de dez anos. Concluiu-se que existe a complementaridade energética entre as fontes nas diferentes regiões estudadas e em diferentes períodos de tempo. Confirmou-se que tecnicamente pode-se reduzir a oscilação na geração de energia analisando as fontes de forma complementar, porém, o custo de instalação da fonte fotovoltaica ainda é muito alto, inviabilizando até o momento investimentos em larga escala e de forma complementar a fonte eólica. Também verificou-se, dentro dos locais avaliados, que somente um dos três locais apresentou benefício econômico-financeiro com a formação de portfólio das fontes eólica e solar atuando no mercado de venda de energia e atendendo os critérios de risco limite estabelecidos quando avaliadas segundo a ótica da maximização da receita no mercado livre. / This thesis proposes to characterize the spatial-temporal complementarity between wind and solar photovoltaic energy between regions of Brazil and study, in the marketing of electricity in the Brazilian Electrical Sector - SEB, a portfolio formed by these sources bring significant economic benefits to the investor. To meet these goals, methods for data processing were studied as correction of solar irradiance calculation of the energy generated by the sources studied, the environment of contracting electricity in Brazil, optimization methods and models for risk analysis for contracting energy in the free energy market. The proposed methodology to answer the questions was applied in a case study involving three Brazilian regions with a horizon of ten years time series. It was concluded that there is complementarity between energy sources in the different regions studied and in different time periods. It was confirmed that technically can reduce the fluctuation in power generation by analyzing the complement of sources, however, the installation cost of photovoltaic power is still too high, preventing yet large-scale investments and complementary way the source wind. Also it was found within the sites evaluated, only one of the three sites presented economic and financial benefit by the portfolio of wind and solar sources acting in the sale of energy market and considering the risk criteria limit established when evaluated according to perspective of maximizing revenue in the free energy market.

We have developed a Monte Carlo model to simulate the transport of solar near-relativistic (NR; 30-300 keV) electrons along the interplanetary magnetic field (IMF), including adiabatic focusing, pitch-angle dependent scattering, and solar wind effects. By taking into account the angular response of the LEFS60 telescope of the EPAM experiment on board the "Advanced Composition Explorer" spacecraft, we have been able to transform simulated pitch-angle distributions into sectored intensities measured by the telescope. We have developed an algorithm that allows us, for the first time, to infer the best-fit transport conditions and the underlying solar injection profile of NR electrons from the deconvolution of the effects of interplanetary transport on observational sectored intensities. We have studied seven NR electron events observed by the LEFS60 telescope between 1998 and 2004 with the aim of estimating the roles that solar flares and CME-driven shocks play in the acceleration and injection of NR electrons, as well as the conditions of the electron transport along the IMF.In this set of seven NR electron events, we have identified two types of injection episodes in the derived injection profiles: short (< 20 min) and time-extended (> 1 h). The injection profile of three events shows both components; an initial injection episode of short duration, followed by a second much longer lasting episode; two events only show a time-extended injection episode; while the others show an injection profile composed by several short injection episodes. We have found that the timing of the prompt short injection episodes agrees with the timing of the hard X-rays and radio type III bursts. On the other hand, time-extended injection episodes seem to be related to intermittent radio emissions at the height of the CME leading edge or below, and sometimes to type II radio bursts. Thus, we conclude that short injection episodes are preferentially associated with the injection of flare-accelerated particles, while longer lasting episodes are provided by CME-driven shocks or post-eruptive reconnection phenomena at coronal heights lower than those of the CME-driven shocks.From the fit of the events, we have derived the transport conditions of the electrons. We have found that the electron propagation was almost scatter-free (the radial mean free path of the electrons was ~0.9 AU) during two of the events, whereas during five of the events the propagation occurred under strong scattering conditions (the radial mean free path of the electrons was smaller than 0.2 AU). Those events showing a long radial mean free path reached the maximum intensity shortly (< 15 min) after the onset of the event; whereas those events showing a small radial mean free path reached the maximum intensity more than one hour after the onset. The overall conclusion from this study is that there is a continuous spectrum of scenarios that allow for either flare or CME-driven shock NR electron injection, or for both, and that this can occur both under strong scattering and under almost "scatter-free" propagation conditions.SUBJECT HEADINGS: Sun: coronal mass ejections (CMEs) Sun: flares Sun: particle emission / Hemos desarrollado un modelo Monte Carlo para simular el transporte de electrones solares casi-relativistas (30-300 keV) en el medio interplanetario que tiene en cuenta los efectos de la focalización adiabática, la dispersión en ángulo de batida y los efectos del viento solar. Teniendo en cuenta la respuesta angular del telescopio, hemos desarrollado un método que permite transformar las distribuciones angulares de partículas simuladas en intensidades sectoritzadas observadas por el telescopio LEFS60 a bordo de la sonda interplanetaria ACE. Esto nos ha permitido desarrollar un algoritmo que permite, por primera vez, deconvolucionar los efectos del transporte interplanetario en las intensidades sectoritzadas observadas, con el objetivo de determinar el perfil de inyección solar de electrones y las características del transporte. Hemos aplicado el modelo al estudio de siete sucesos de electrones observados por la sonda ACE. Los resultados ponen de manifiesto que la inyección de electrones casi-relativistas está asociada con procesos fulgurativos, choques conducidos por eyecciones de masa coronal o con ambos, y que el transporte se puede producir tanto en condiciones muy dispersivas como en condiciones muy poco dispersivas. / RESUM:Hem desenvolupat un model Monte Carlo per simular el transport d'electrons solars quasi-relativistes (30-300 keV) en el medi interplanetari que té en compte els efectes de la focalització adiabàtica, la dispersió en angle de batuda i els efectes del vent solar. Hem desenvolupat un mètode per transformar les distribucions angulars de partícules simulades en intensitats sectoritzades observades pel telescopi LEFS60 a bord de la sonda interplanetària ACE, tenint en compte la resposta angular del telescopi. Això ens ha permès desenvolupar un algoritme que permet, per primera vegada, deconvolucionar els efectes del transport interplanetari en les intensitats sectoritzades observades, amb l'objectiu de determinar el perfil d'injecció solar d'electrons observats per la sonda ACE. Els resultats posen de manifest que la injecció d'electrons quasi-relativistes pot produir-se en processos fulguratius, en xocs conduïts per ejeccions de massa coronal o en ambdós, i que el transport es pot produir tant en condicions molt dispersives com en condicions molt poc dispersives.

En esta Tesis se presentan resultados concernientes a la evolución colisional y dinámica de las principales poblaciones de pequeños planetas del Sistema Solar. Nuestro análisis incluye a los asteroides del Cinturón Principal, los asteroides cercanos a la Tierra (NEAs), los Troyanos de Júpiter asociados al punto de equilibrio <i>L</i><SUB>4</SUB>, y los Plutinos, residentes en la resonancia de movimientos medios 3:2 con Neptuno. Para realizar esta tarea, desarrollamos un código numérico estadístico de evolución colisional, capaz de incluir las principales características dinámicas de la población de pequeños cuerpos bajo estudio. Dicho algoritmo puede ser utilizado para analizar la evolución de cualquier población de pequeños planetas, independientemente de su posición en el Sistema Solar.