GILBERTO C. SANZOVO

UEL/Departamento de Física

PIBID 2 – FÍSICA/UEL

ASTROFÍSICA

Partículas Elementares (m ~ 10-27 g)

Superaglomerados de Galáxias (m ~ 1053 g).

Aula Conceitos Gerais

Ordens de Grandeza não usuais massas, dimensões e

distâncias muito diferentes daquelas que estamos

acostumados no nosso cotidiano

DIMENSÕES

DIMENSÕES

DIMENSÕES

DIMENSÕES

DIMENSÕES

DIMENSÕES

DIMENSÕES

DISTÂNCIAS

DISTÂNCIAS

DISTÂNCIAS

DISTÂNCIAS

DISTÂNCIAS

DISTÂNCIAS

DISTÂNCIAS

Medidas em termos do tempo em que a radiação leva para alcançar os nossos telescópios. Sol ~ 8 min Plutão ~ 5h30min Centauri (Centaurus) ~ 4 anos.

• Grande Nuvem de Magalhães ~ 450.000 anos (os fótons de luz iniciaram sua jornada em direção à Terra quando o homem primitivo ainda habitava na Europa).

ANO-LUZ (AL) E UNIDADE ASTRONÔMICA (UA)

O ano-luz (al) é a distância percorrida pela luz (no vácuo) em um ano

1 AL = c x 1 ano (s) = 2,9979x105 km/s x 3,1557x107 s

1 AL = 9,46x1012 km

(9,46 mil bilhões de quilômetros)

Centauri d ~ 38 mil bilhões de quilômetros

1 UA ~ 150.000.000 km (distância Média Terra-Sol)

PARSEC (pc) distância de um objeto (ou estrela) cuja paralaxe vale 1”

1 pc = 3,26 AL = 3,08x1013 km

(30,8 mil bilhões de quilômetros)

CRATERA VICTORIA (MARTE) [FONTE: OPPORTUNITY/NASA]

(Escala de) DISTÂNCIAS EM ASTRONOMIA

• Quão grande é uma estrela? 1.500.000 km de diâmetro ? (essa é a dimensão do Sol, uma estrela anã) não temos noção do que isso representa pois estamos acostumados apenas com as dimensões que nos cercam.

• Escala dos corpos astronômicos 13 passos (ou imagens), cada qual separados por um fator 100 na escala de distância.

• 12.756 km diâmetro equatorial da Terra Temos apenas uma pequena noção do que representa essa dimensão.

• Compreensão das dimensões astronômicas escala de distância

Passo 1 Uma pessoa lendo, em um banco de jardim. Imagem mostra uma extensão de ~ 16 m.

Passo 2 Imagem anterior distanciada (ou aumentada) por um fator 100. Vê-se o jardim , que faz parte do campus da Universidade da Pensilvânia .

Passo 3 Imagem anterior distanciada (ou aumentada) por um fator 100. Vê-se a cidade através dessa imagem em infravermelho da NASA.

Passo 4 Imagem anterior distanciada (ou aumentada) por um fator 100. Vê-se , nessa imagem da NASA, a Terra , com seus 12.756 km de extensão equatorial.

Passo 5 Imagem anterior distanciada (ou aumentada) por um fator 100; ou seja, estamos visualizando uma região com 1.600.000 km de extensão. A Lua, com ¼ da dimensão

da Terra, localiza-se em uma órbita de cerca de 384.000 km do nosso planeta.

Passo 6 Imagem anterior distanciada (ou aumentada) por um fator 100. Nesse diagrama, a Terra, a Lua (e sua órbita) estão marcadas pela seta. Vênus possui dimensão parecida com a da Terra;

Mercúrio é um pouco menor que a Lua. Cabem 109 Terras no interior do Sol. O diagrama cobre 160.000.000 km (1.6 x 108 km)

Passo 7 Imagem anterior distanciada (ou aumentada) por um fator 100. Nesse diagrama, vemos todo o Sistema Planetário Solar; ou seja, o campo de visão

desse diagrama é 1 trilhão de vezes maior que a primeira imagem.

Passo 8 Imagem anterior distanciada (ou aumentada) por um fator 100. Nesse diagrama, todo o Sistema Solar aparece no quadrado apontado no centro dessa imagem. A única estrela próxima

é o Sol, a 11.000 UA de distância. As estrelas são separadas, em média, por distâncias com cerca de 10 vezes maiores .

Passo 9 Imagem anterior distanciada (ou aumentada) por um fator 100. O campo de visão mostra um diâmetro de cerca de 1.000.000 UA, onde vemos algumas estrelas

próximas ao Sol. Definimos nova unidade de distância: o ano-luz ~ 63.000 UA ou ~ 1013 km. Nessa nova unidade de distância, Próxima Centauri está a 4,2 al de

distância ou, em outras palavras, a luz de Próxima Centauri leva 4,2 anos para alcançar a Terra.

Passo 10 Imagem anterior distanciada (ou aumentada) por um fator 100. O campo de visão tem um diâmetro de cerca de 1.700 al, mostrando um campo de visada com milhares de estrelas.

Passo 11 Imagem anterior distanciada (ou aumentada) por um fator 100. O campo de visão mostra a Via Láctea, com cerca de 100.000 al de diâmetro e cerca de 100 bilhões de estrelas.

M31 (Andromedae) – A GIGANTE DO GL (HST/NASA)

Passo 12 Nova expansão com fator 100. Nesse campo de visão, com 17 milhões de anos-luz, cada ponto representa uma galáxia do chamado “Grupo Local de Galáxias”.

Passo 13 Imagem anterior distanciada (ou aumentada) por um fator 100. Nessa imagem (Superaglomerado de Galáxias), com diâmetro de cerca de 1.700

milhões de al, cada ponto representa uma galáxia.

O UNIVERSO CONHECIDO NO LIMITE DE 200-250 MILHÕES DE AL

AGLOMERADO DE GALÁXIAS EM VIRGO

DEFINIÇÕES IMPORTANTES

• Sabemos do movimento de rotação da Terra em torno de seu eixo (24 h) e da sua revolução em torno do Sol (365,25 d).

• Movimento dos objetos no Céu consideramos a Terra fixa, no centro do Universo e observamos os objetos (estrelas, lua, planetas e cometas) movendo-se em relação a nós.

• Objetos atados a uma esfera negra e gigantesca, centrada na Terra a Esfera Celeste.

• Extensão dos pólos norte e sul da Terra na esfera celeste Pólo Norte Celeste (PNC) e Pólo Sul Celeste (PSC), respectivamente.

Equador Celeste grande círculo sobre a Esfera Celeste que forma 90o com os pólos celestes.

Terra movimento de rotação (de oeste p/ leste) dia e noite

Terra movimento de precessão

Terra movimento de translação 365,25 dias

A Esfera Celeste [ J. Waxman, in “A Workbook for Astronomy”, Cambridge, 1984]

MOVIMENTO DOS ASTROS

• Nossa localização na Terra Londrina [Latitude = 23o S; Longitude = 51o O (de Greenwich); altitude = 608 m (nas proximidades da catedral)].

Movimento dos objetos no Céu nascem a Leste e se põem a Oeste movimento diurno reflexo do movimento de rotação da Terra (O L)

• Nossa referência Pólo Sul observamos os objetos circumpolares descrevem uma circunferência completa, no sentido horário, centrada no Pólo Celeste Sul (PCS).

• Nova referência agora Pólo Norte observamos os objetos circumpolares com movimentos no sentido horário, centrados no Pólo Celeste Norte (PCN).

• Referência Equador todas os objetos nascem e se põem, ficando 12 h acima do horizonte e 12 horas abaixo dele

• descrevem arcos perpendiculares ao horizonte todas os objetos do céu austral e boreal

podem ser vistos ao longo do ano.

Movimento dos astros em diferentes latitudes [Fonte: Kepler & Saraiva, in “Introdução à Astronomia & Astrofísica, Edusp, 2003]

Imagem de longa-exposição mostrando (a) movimento das estrelas circumpolares e (b) movimento das estrelas com latitudes intermediárias. [Fonte: Ferreira e de Almeida, “ Introdução à Astronomia e às Observações Astronómicas”, Plátano Editora, Lisboa, 2004]

Sistema de Coordenadas Geográficas

• Longitude (l) ângulo medido ao longo do equador da Terra, com origem no meridiano de Greenwich e extremidade no meridiano local. Varia de 0o a 180o para Leste (-) ou oeste (+) de Greenwich. - 180o (Leste) ≤ l ≤ + 180o (Oeste) ou (hora local de Greenwich) - 12 h (Oeste) ≤ l ≤ + 12 h (Leste)

• Latitude (f) ângulo medido ao longo do meridiano local, com origem no equador. Varia entre - 90o (latitudes no Hemisfério Sul) e + 90o , para latitudes no Hemisfério Norte. - 90o (S) ≤ f ≤ + 90o (N)

Paralelos & Meridianos

Sistema de Coordenadas Geográficas

POSIÇÕES CARACTERÍSTICAS DO SOL (no Ano)

Sol 4 posições características na Eclíptica:

~ 21 de março Sol cruza o equador celeste, indo do Hemisfério Sul para o Hemisfério Norte. S = 0h ; dS = 0o; Dia e Noite duram 12 h em toda a Terra Pólos 24 h de crepúsculo. Equinócio de outono no Hemisfério Sul e de Primavera no HN.

~ 21 de junho Sol em máxima declinação norte incidindo sobre o Trópico de Câncer S = 6h ; dS = +23,5o (N) Dia mais curto no HS e mais longo no HN Pólo Sul Sol sempre abaixo do horizonte; no Pólo Norte, Sol sempre acima do horizonte. Solstício de inverno (Hemisfério Sul) e de Verão (HN)

~ 21 de setembro Sol cruza o equador celeste, indo do Hemisfério Norte para o Hemisfério Sul. S = 12h ; dS = 0o; Dia e Noite duram 12 h em toda a Terra. Pólos 24 h de crepúsculo. Equinócio de primavera no Hemisfério Sul. Equinócio de outono no Hemisfério Norte.

~ 22 de dezembro Sol em máxima declinação sul incidindo sobre o Trópico de Capricórnio na Terra. S = 18h ; dS = -23,5o (S) Dia mais longo do ano no HS e mais curto no HN Pólo Sul Sol sempre acima do horizonte; no Pólo Norte, Sol sempre abaixo do horizonte. Solstício de verão (Hemisfério Sul) Solstício de inverno (Hemisfério Norte).

A ECLÍPTICA

Eclíptica. [ J. Waxman, in “A Workbook for Astronomy”, Cambridge, 1984]

Declinação (d) ângulo medido sobre o meridiano do objeto, com origem no Equador Celeste e término no astro. d varia desde -90o até +90o . d é positiva para objetos situados no HCN e negativa para objetos do HCS.

SISTEMA EQUATORIAL DE COORDENADAS

Ascensão Reta () ângulo medido sobre o equador celeste, com origem no Ponto Vernal (Ponto g) e término no meridiano do objeto. varia entre 0 h e 24 h.

Ponto Vernal (ou Ponto g) ponto no Equador Celeste ocupado pelo Sol quando passa do HCS para o HCN (Equinócio de outono no HCS; ~ 22 de março)

Sistema Equatorial de Coordenadas

0 ≤ (h) ≤ 24 -90 ≤ d (o) ≤ +90

A primeira unidade angular importante é o radiano. Por definição, um círculo contém (2p) rad. Isso significa que 1 radiano contempla 57,3o. Cada grau tem 60´ (minutos de arco), e cada ´(minuto de arco)

contempla 60 “ (segundos de arco). 1 rad = 2,063x105 “

ÂNGULOS E UNIDADES

Em Astronomia (Física), há 2 sistemas angulares importantes:

A hora (h) é outra importante unidade angular. Por definição, um círculo pode ser dividido em 24 h. Cada hora (h) tem 60min (minutos de tempo), e cada min (minuto de tempo) contempla 60s (segundos de tempo). Ex.: velocidade aparente angular do Sol 360o/24 h = 15o/h

IMPORTANTE 1min (1/60 de 1 h) ≠ 1´ (1/60 de grau)

Objeto

h m

d O

Estrela Constelação

1 6 43 -17 Sirius Cão Maior

2 22 56 -30

3 7 37 05

4 19 29 28

5 5 14 46

6 18 36 39

7 2 17 -03

8 16 27 -26

9 1 57 89

10 12 52 56

11 5 13 -08

12 5 46 -10

13 20 40 45

14 7 43 28

15 13 22 55

16 5 53 07

17 11 00 57

Usando mapas estelares, identificar a estrela e a

constelação associada:

Objeto Estrela Constelação

h m

d O

1 Aldebaran Touro

2 Algol Perseus

3 Alkaid Ursa Maior

4 Altair Aquila

5 Bellatrix Orion

6 Canopus Carina

7 Castor Gemeos

8 Dubhe Ursa Maior

9 Regulus Leão

10 Spica Virgem

Usando mapas estelares, encontrar as coordenadas

(aproximadas) das seguintes estrelas:

FINAL DA SEGUNDA AULA (PRIMEIRA PARTE)