● I- A Ciência Astronomia-Astrofísica

● II- Estrutura Hierárquica do Universo

● III- Escalas de Dimensões e Distâncias no Universo

● IV– Medidas Astronômicas

Introdução a Astronomia...uma breve perspectiva do caminho que realizaremos durante o

cursoe a necessidade da utilização de Unidades Especiais e Medidas

Astronômicas...

Astronomia & Astrofísica

● Ciência que envolve o estudo do espaço além da atmosfera da Terra.

● Estuda também fenômenos que ocorrem na atmosfera superior, e que tem sua origem no espaço, tais como auroras e meteoros.

- Astronomia tem por objetivo medir a posição e movimento dos corpos celestes, bem como cálcular suas órbitas. Estes estudos são realizados técnicamente, em 2 áreas de trabalho subdivididas, respectivamente, em Astrometria e Mecânica Celeste. Uma das principais missões da Astrometria, por exemplo, é determinar um Sistema de Referência “quase absoluto”...

- Astrofísica estuda a natureza física do Universo e do que nele está contido (planetas, estrelas, galáxias, além da natureza e composição do que existe neles e entre eles). Complementa o ramo tradicional da astronomia.

- A cisão sutil entre estas 2 áreas ocorreu devido ao desenvolvimento do estudo da luz, em particular da espectroscopia, no século 19, como veremos no curso no Roteiro 5 – Evolução da Astronomia Moderna.

Astronomia & Astrofísica → Cosmologia

- Cosmologia surge no século 20 como ciência, após o reconhecimento de que existem outras galáxias além da Via-Láctea, e de que o Universo está se expandindo. Trata, portanto, de compreender a origem e evolução do Universo. Entende-se por Universo tudo que existe, ou seja, a totalidade do espaço, tempo, matéria e energia.

● Exige amplo conhecimento de diferentes áreas ....

Além da física e matemática, um astrônomo precisa conhecer relativamente bem química, geologia, ciência atmosférica e algum conhecimento de biologia.

Exemplos:

→ Estudo de planetas exige certo grau de conhecimento e familiarização com a geologia, ciências atmosféricas,...

→ Estudos de processos moleculares no meio Interestelar, além de atmosferas externas de estrelas, atmosferas planetárias, populações estelares e evolução estelar em galáxias exigem conhecimento da química, entre outras...

→ Pesquisa de formas de vida no Universo: biologia

Estudo da Astrofísica

● Pesquisas astronômicas em solo ou no espaço são altamente dependentes do desenvolvimento tecnológico. Alguns exemplos relevantes, são:

- Detetor eletrônico CCD (década de 70) --> maior eficiência quântica do que placas fotográficas

- Astronomia Espacial que permite observar uma enorme diversidade de fenômenos astronômicos, em todos os comprimentos de onda, de raios-gama a rádio.

-Telescópios opticos maiores e melhores equipados permitem melhor resolução, viabilizando os estudos de regiões centrais de galáxias, por exemplo!

- Radiotelescópios – Sistemas Interferometria de Linha de Base Muito Longa (VLBI), que permite observar, por exemplo, quasares brilhante, que contém um buraco negro de elevada massa - cerca de um bilhão de vezes a do Sol (APEX).

- Outros telescópios em andamento → veremos mais detalhadamente no Roteiro 7.

II- Estrutura Hierárquica do Universo

● Gravidade é a força fundamental que governa a estrutura inteira do Universo.

- Governa, portanto, a evolução do Universo...

● Vamos ver alguns exemplos, em diferentes escalas de dimensão:

- Terra e outros Planetas orbitam o Sol devido a atração gravitacional

- O Sol, uma das centenas de bilhões de estrelas que se encontra no disco da Via-Láctea, e que orbita a Galáxia , está “ligado” as outras bilhões de estrelas pela gravidade

- A Via-Láctea é uma das centenas de bilhões de galáxias que se encontra em um grupo (∾ 30), graças ou devido a gravidade

● Galáxias tendem a se agrupar em diferentes níveis de aglomerações, desde grupos até aglomerados e superaglomerados (as maiores estruturas no Universo) devido a gravidade.

● A forma de distribuição destes superaglomerados gera uma configuração filamentar, criando então regiões densas e vazios: estrutura fundamental do Universo em larga escala.

● A origem destas estruturas é um dos principais problemas “em aberto” da astronomia moderna.

FOTO: Imagem da simulação mostra uma comparaçãoo entre a distribuição de matéria escura (esquerda/azul) e a densidade de gás visível (direita/laranja).

Crédito: Illustris Collaboration

Hierarquização das Estruturas do Universohttp://www.youtube.com/watch?v=jfSNxVqprvM

Universo Observável

Conceito que está associado ao modelo do Big-Bang.

Região esférica centrada no observador (Terra) onde galáxias e outros objetos astronômicos do Universo podem ser observados no presente tempo graças ao fato de a luz, e outros sinais, terem tido tempo suficiente para atingir a Terra desde o início da expansão do Universo.Créditos: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=13251597

Homogêneo em grande escala

∼13 bilhões de anos-luz∼40 bilhões de anos-luz (expansão)

∼100 mil anos-luz

5,5 horas-luz

∼10 milhões de anos-luz

∼ 13.000Km

∼100 milhões de anos-luz

Escala de Dimensões no Universo

III- Escalas de Dimensões e Distâncias no Universo

O sistema de unidades oficial utilizado por Físicos e Astronômos é o “Sistema Internacional – SI”

- Distâncias (D) são expressas em metros (m)

- Massas (M) em kilograma (kg)

- Tempo (T) em segundos (s)

Para lidar com a amplitude de valores utilizados em astronomia e astrofísica, utiliza-se notação científica, nos quais os números são expressos em potências de 10. Abaixo, damos alguns exemplos aproximados para entender a necessidade deste tipo de notação.

--> Dimensões atômicas típicas = 0,0000000001 m = 10-10 a 10-9m

--> Dimensões Planetas = 1.000.000 = 106 a 107 m --> Distância Terra-Sol = 150.000.000 km = 1.5 x 108 km = 1 UA

--> Dimensão do Sistema Solar = 10.000.000.000 km = 1x1010km

--> Dimensão da Via Láctea = 120.000.000.000.000.000 km = 1.2 x 1017 km

--> Dimensão de SuperAglom. = 1. 000.000.000.000.000.000.000 = 1x1021km

Definição de algumas Unidades Especiais Convenientes na Astronomia

Algumas unidades especiais são utilizadas por astrônomos para facilitar a compreensão, manipulação e comparação de medidas, são elas:

- Unidade Astronômica (U.A) = Definida como sendo a distância Terra-Sol

1 UA = 1,5 x 1011m ou 1,5 x 108km

- Ano-luz (A.L) = Distância que a luz percorre em 1 ano, no vácuo, com velocidade da luz

1 AL = 9,5 x 1015m ou 9,5 x 1012 km

- Parsec (pc) = Distância na qual um astro teria com uma “paralaxe” de 1 segundo de arco

1 pc = 3,26 A.L * Paralaxe é uma medida de ângulo ocasionada pelo movimento da fonte"

Vamos entender melhor a seguir, as definições de Ano-Luz (AL) e Parsec (pc) ....

É comum e útil utilizarmos também as sub-unidades do ano-luz tais como a hora-luz, o minuto-luz e o segundo-luz

Uma hora-luz é a distância percorrida pela luz em uma hora. Ela corresponde a

1 079 252 820 km

Um minuto-luz é a distância percorrida pela luz em um minuto. Ele corresponde a

17 987 547 km.

Um segundo-luz é a distância percorrida pela luz em um segundo. Ele corresponde a

299 792 km.

Importante: o ano-luz e seus submúltiplos, hora-luz, minuto-luz e segundo-luz, são unidades de medida de distância e não de tempo.

Ano-Luz e Sub-Multiplos

Algumas considerações sobre o parsec...

Parsec: unidade de distancia definida a partir do raio de órbita da Terra quando é visto sob um ângulo de 1'' → 1 pc = 3,26 A.L

Para tanto, é preciso lembrar de algumas definições de medidas angulares:

Tabela 1 – Unidades e Medidas Astronômicas

Tabela 2 – Constantes Úteis e Medidas Físicas

Outras Escalas e Medidas Utéis

- Distancias: U.A, a.l, pc, Kpc (103), M (106)pc

- Unidades de tempo: Mega-ano = My (106), Giga-ano = Gy (109)

- Unidades de Energia e seus Múltiplos:

Eletron- volt (eV) - é a quantidade de energia cinética ganha por um único elétron quando acelerado por uma diferença de potencial elétrico de um volt, no vácuo.

1 eV = 1,602 177 33 (49) x 10-19 joules.

1 keV (quilo eV): mil elétrons-volt = 103 elétrons-volt (eV)

1 MeV (mega eV): 1 milhão de elétrons-volt = 106 eV

1 GeV (giga eV): 1 bilhão (mil milhões) de elétrons-volt = 109 (eV)

1 TeV (tera eV): 1 trilhão (mil bilhões) de elétrons-volt = 10 12 (eV)

Distâncias

Vimos que no Sistema Solar é comum utilizar unidades de distância tais como Unidade Astronomica e Parsec.

Durante o curso veremos outros métodos que permitem obter distância de objetos

mais longuínquos

● Existem evidências de que a maior parte da massa no Universo é invisível

● Lsto significa que esta massa não está na forma de estrelas, gás ou poeira, … Portanto, não pode ser observada

Anexo: Lembrando algumas propriedades de Potência e Logarítmo

...que usaremos durante todo o curso

100 = 1 por definição101 = 10102 = 10 x 10 = 100103 = 10 x 10 x 10 = 1000

0 = log 11 = log 102 = log 1003 = log 1000

Se: 10x = y então: x = log y

Logarítmo (x) de um número (y) é o expoente ao qual se deve elevar 10 para se obter o número (y) dado.

Propriedades

Sugestão de Vídeos

1- “THC O Universo 1 Episodio 01 Alem Do Big Bang”, (Dublado)https://vimeo.com/90826347)

2- “O Universo: Maiores Coisas do Universo (Dublado) 2014 ”http://www.youtube.com/watch?v=8F_rtgqjajc