Tópicos Especiais em Física - Astronomia - EAD

TÓPICOS ESPECIAIS EM FÍSICA - ASTRONOMIA
DADOS DO DOCENTE:
Prof. Dr. Sandro Barboza Rembold
LATO/DCET/UESC
[email protected]
EMENTA:
Noções de astronomia esférica, gravitação newtoniana, cosmologia
newtoniana, noções sobre a teoria da relatividade geral, noções das
novas
teorias
cosmológicas,
introdução
à
astrofísica:
estrelas,
galáxias, outras estruturas astronômicas.
CARGA HORÁRIA: 60h
OBJETIVOS DA DISCIPLINA:
Fornecer
ao
aluno
propriedades
do
cosmológicas
mais
astronomia
um
universo
esférica;
relatividade geral.
panorama
atuais;
e
os
geral
observável,
as
da
segundo
ferramentas
fundamentos
estrutura
da
as
e
das
teorias
fundamentais
da
gravitação
da
e
DESCRIÇÃO DAS AULAS:
AULA 1 – Fundamentos da gravitação newtoniana
Carga horária: 2h teóricas
Nesta aula, serão apresentados os fundamentos da gravitação newtoniana e
os conceitos de energia potencial gravitacional e de velocidade de escape.
AULA 2 – O experimento de Schiehallion
Carga horária: 2h práticas
Nesta aula, o aluno irá analisar o experimento de Schiehallion, obtendo uma
estimativa da densidade da Terra a partir da gravitação newtoniana.
AULA 3 – As leis de Kepler
Carga horária: 2h teóricas
Nesta aula, as leis de Kepler do movimento planetário serão apresentadas e
analisadas.
AULA 4 – Leis de Kepler aplicadas
Carga horária: 2h práticas
Nesta aula, o aluno irá verificar a validade das leis de Kepler do movimento
planetário a partir de dados observacionais da posição relativa do planeta Saturno.
AULA 5 – Cosmologia: das origens a Newton
Carga horária: 2h teóricas
Esta aula apresentará uma breve história da cosmologia, dos primórdios
históricos até os modelos cosmológicos de Descartes e Newton.
AULA 6 – A Teoria da Relatividade Geral
Carga horária: 2h teóricas
Nesta aula, serão apresentados os fundamentos da Teoria da Relatividade
Geral.
AULA 7 – Teorias cosmológicas modernas
Carga horária: 2h teóricas
Nesta aula, serão abordadas as teorias cosmológicas contemporâneas e
apresentados a lei de Hubble e os conceitos de redshift, radiação cósmica de fundo
e Big Bang.
AULA 8 – Verificando a lei de Hubble
Carga horária: 2h práticas
Nesta aula, o aluno irá utilizar medidas de redshift e de tamanho aparente
de um conjunto de galáxias para verificar a lei de Hubble.
AULA 9 – Astronomia esférica
Carga horária: 2h teóricas
Esta aula abordará os diferentes sistemas de coordenadas utilizados para
localizar os astros no céu e descrever seu movimento aparente. Os movimentos
aparentes do Sol e da Lua serão analisados em particular.
AULA 10 – Determinação do raio da Terra
Carga horária: 2h práticas
Nesta aula, o aluno irá estimar o raio da Terra a partir de conceitos básicos
de astronomia de posição, utilizando o método de Eratóstenes.
AULA 11 – Análise de tabelas de marés
Carga horária: 2h práticas
Nesta aula, o aluno irá comparar as informações da intensidade das marés
em um ponto na superfície terrestre com as fases da Lua.
AULA 12 – Criação de calendários
Carga horária: 2h práticas
Nesta aula, o aluno irá criar calendários apropriados para planetas
hipotéticos com configurações orbitais distintas.
AULA 13 – As distâncias dos astros e as constelações
Carga horária: 2h teóricas
Nesta aula, serão abordados os conceitos de astrometria, paralaxe e
movimento próprio dos astros, bem como as diferentes unidades de distância
utilizadas em escala astronômica. As constelações também serão estudadas.
AULA 14 – Traçando a órbita de Marte
Carga horária: 2h práticas
Nesta aula, o aluno irá traçar, de forma aproximada, a órbita de Marte
relativamente à da Terra, utilizando o método de Kepler.
AULA 15 – Localizando constelações, estrelas e planetas no
céu
Carga horária: 2h práticas
Nesta aula, o aluno irá utilizar um simulador da posição aparente dos astros
para localizar planetas e constelações.
AULA 16 – Localizando-se com o auxílio do céu
Carga horária: 2h práticas
Nesta aula, o aluno será exposto a diferentes configurações do céu diurno e
noturno e irá utilizar seus conhecimentos de astronomia de posição para se
localizar na superfície terrestre.
AULA 17 – Estrelas: propriedades fundamentais
Carga horária: 2h teóricas
Nesta aula, serão abordadas as características das atmosferas das estrelas e
dos seus interiores. Os conceitos de classificação espectral, de magnitudes
aparentes e absolutas e de índices de cor serão apresentados.
AULA 18 – Estrelas: evolução e estágios finais
Carga horária: 2h teóricas
Esta
aula
abordará
a
história
evolutiva
de
estrelas
de
diferentes
características e seus estágios finais.
AULA 19 – Criando e analisando um diagrama H-R
Carga horária: 2h práticas
Nesta aula, o aluno irá criar um diagrama H-R utilizando dados fotométricos
e espectroscópicos para um conjunto de estrelas. Sobre esse diagrama, os estágios
de evolução das estrelas serão analisados.
AULA 20 – Origem e propriedades do sistema solar
Carga horária: 2h teóricas
Esta aula apresentará os modelos de formação do sistema solar, bem como
suas propriedades atuais.
AULA 21 – O Sol
Carga horária: 2h teóricas
Esta aula abordará as características do Sol e dos planetas Mercúrio, Vênus
e Terra.
AULA 22 – Determinando o período de rotação do Sol
Carga horária: 2h práticas
Nesta aula, o aluno irá estimar o período de rotação do Sol a partir de
observações das manchas solares.
AULA 23 – Variabilidade das manchas solares
Carga horária: 2h práticas
Nesta aula, o aluno irá verificar as variações temporais da intensidade e
freqüência das manchas solares.
AULA 24 – Os planetas, cometas e asteróides
Carga horária: 2h teóricas
Esta aula abordará as características dos planetas Júpiter, Saturno, Urano e
Netuno, bem como dos cometas e asteróides do sistema solar.
AULA 25 – Determinação das órbitas dos satélites galileanos
Carga horária: 2h práticas
Nesta aula, o aluno irá determinar as características orbitais dos quatro
maiores satélites de Júpiter.
AULA 26 – A Via Láctea
Carga horária: 2h teóricas
Nesta aula, o conceito de galáxia será apresentado e as propriedades da Via
Láctea serão abordadas.
AULA 27 – Localizando o centro da Via Láctea
Carga horária: 2h práticas
Nesta aula, o aluno irá determinar a localização do centro da Via Láctea a
partir de um conjunto de aglomerados globulares e de suas coordenadas.
AULA 28 – Outras galáxias
Carga horária: 2h teóricas
Esta aula apresenta as diferentes morfologias e características das galáxias
no universo, incluindo os núcleos ativos de galáxias.
AULA 29 – O universo em grande escala
Carga horária: 2h teóricas
Nesta aula, a estrutura do universo em grande escala, desde o grupo local
até a distribuição de matéria nas maiores escalas observáveis, será apresentada.
AULA 30 – A escala de distância cosmológica
Carga horária: 2h práticas
Nesta aula, o aluno irá comparar as características da distribuição de
matéria no universo em diferentes escalas.
REFERÊNCIAS BÁSICAS:
LONGAIR, Malcolm S. Galaxy Formation. 2.ed. Berlim: Springer-Verlag, 2008.
MORAIS, Antônio Manuel Alves. Gravitação e cosmologia. São Paulo: Livraria da
Física, 2009.
NUSSENZVEIG, Hersch Moysés. Curso de Física Básica; v.1 – Mecânica. 4.ed.
São Paulo: Blucher, 2002.
VÁRIOS AUTORES. Astronomia: uma visão geral do universo. 2.ed. 3.reimpr. São
Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2008.
APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA:
A astronomia é uma das mais antigas áreas de conhecimento humano e a
primeira das ciências naturais. A história da astronomia – desde a antiguidade,
imersa em misticismo, até a atual era dos grandes telescópios – é, em parte, a
história do próprio pensamento científico. Embora, hoje em dia, a vida urbana
afaste as pessoas do contato direto com o céu noturno – com sua intensa poluição
luminosa e com construções cada vez mais altas –, ainda podemos compartilhar do
fascínio que o céu despertou em todas as culturas, quando nos permitimos
observar, descompromissadamente, a Lua, as constelações, os eclipses. E, quando
o fazemos, é fácil entender por que, desde a pré-história, homens e mulheres
projetam no céu suas esperanças, suas angústias, suas crenças e sua visão de
mundo.
A disciplina de Tópicos de Astronomia se pretende, de certa forma, um
veículo de re-aproximação com o céu. No estudo dos astros, podemos vislumbrar e
entender propriedades do mundo físico que, de outra forma, estariam fora de nosso
alcance. A astronomia nos revela um mundo que extravasa a experiência cotidiana.
É sob essa ótica que a história da astronomia e da cosmologia, bem como as
propriedades do universo observável, serão apresentados. Mais do que uma
descrição de propriedades estáticas de estrelas, planetas e galáxias, visamos, aqui,
apresentar o lado dinâmico do universo e de como esse dinamismo se revela no
nosso céu.
A gravitação é a força que controla os movimentos dos astros no céu e, por
isso mesmo, é a força-chave que nos permite compreender a dinâmica dos planetas
no sistema solar, das estrelas na nossa galáxia e das galáxias no universo. Não é à
toa que uma fração significativa desta disciplina será investida no estudo da
gravitação, em suas formas newtoniana e einsteiniana. A Lei da Gravitação
Universal de Newton foi um marco na história do pensamento científico porque,
pela primeira vez, enunciou-se uma lei formal de força que atua à distância, lei
essa que viria a fundamentar a mecânica celeste nos séculos subseqüentes. Em sua
Teoria da Relatividade Geral, Einstein re-interpreta o fenômeno da gravitação em
termos de deformações no espaço-tempo e abre as portas para a investigação da
estrutura do universo em grande escala.
Espero que esse material didático seja instrutivo, que forneça ao aluno um
panorama geral da astronomia e das propriedades do Universo conhecido e que
seja capaz de despertar nele o fascínio que o céu exerceu na humanidade desde a
antiguidade e do qual eu, como físico e astrônomo, compartilho.
Prof. Dr. Sandro Barboza Rembold