Aula Inaugural

Aula Inaugural
Introdução à Astrofísica
Reinaldo R. de Carvalho ([email protected])
Livros recomendados:!
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1 - An Introduction to Modern Astrophysics, Bradley W. Carroll & Dale A. Ostlie,
Second Edition, Pearson 2007!
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2 - Introduction to Astronomy and Cosmology, Ian Morison, First Edition, JWS 2008!
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3 - Foundations of Astrophysics, Barbara Ryden & Bradley Peterson, First Edition,
Addison-Wesley 2010!
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4 - Astronomia & Astrofísica, Kepler De Souza Oliveira Filho & Maria De Fatima
Oliveira, Terceira Edição, Livraria da Física 2014!
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5 - Descobrindo o Universo, Neil F. Comins & William J. Kaufmann III, Oitava
Edição, Bookman 2010!
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pdf das aulas estará em http://cosmobook.com.br/?page_id=440
Programa do Curso
A Esfera
Ceste
Atmosferas
Estelares
O Sistema
Solar
Mecânica
Celeste
O Espectro A Teoria da Interação da
Contínuo da Relatividade Luz com a Telescópios
Luz
Restrita
Matéria
Interiores
Estelares
Sequência Relatividade
Principal e
Geral e
Evolução
Buracos
Estelar
Negros
A Nossa
Galáxia
O Sol
Formação e
A Estrutura
Evolução de
Cosmologia
do Universo
Galáxias
O diagrama V de Gowin
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O processo de investigação científica para Gowin (1981) é entendido como a
construção de uma estrutura de significados a partir de elementos básicos, por ele
denominado de eventos, fatos e conceitos. Assim, a partir da observação de um evento
que ocorre na natureza ou é provocado pelo observador, o procedimento de pesquisa
estabelece conexões específicas entre os registros deste evento, os julgamentos factuais
derivados do estudo desses registros, as regularidades evidenciadas por esse
julgamento e os conceitos e sistemas conceituais utilizados para interpretar esses
julgamentos a fim de se chegar à explicação deste evento.
1. QUESTÃO BÁSICA DE PESQUISA. Qual é a questão foco do trabalho?
2. CONCEITOS-CHAVE & ESTRUTURA CONCEITUAL. Quais os conceitos-chave
envolvidos no estudo?
3. MÉTODOS.
Quais os métodos utilizados para responder às questões básicas?
4. ASSERÇÕES DE CONHECIMENTO.
Quais os resultados mais importantes do trabalho?
5. ASSERÇÕES DE VALOR.
Qual a significância dos resultados encontrados?
Do que falaremos no curso ?
A Astrofísica e o Universo
Para compreender o Universo, astrônomos usam as leis das física para
construir teorias e modelos que possam ser testados.
Método científico - Um cientista tentando entender algum fenômeno observado
propõe uma hipótese, a qual é uma coleção de idéias que parecem explicar o
que é observado. Estas hipóteses devem sempre concordar com os
experimentos e observações porque uma discrepância com o que é observado
implica que a hipótese está errada.
Nossa Estrela, o Sol
O Sol é uma estrela típica. Seu diâmetro é cerca de 1.39 milhões de Km e a temperatura
na superfície é da ordem de 5500 oC (5778 K). Sua luminosidade é resultado de reações
termonucleares que ocorrem no centro, onde a temperatura é de ordem de 15 milhões
de oC (1.57 x 107 K)
Planetas orbitando o Sol
Um exemplo de teoria científica é a idéia de que a Terra e os planetas orbitam o Sol
devido a atração gravitacional do Sol. Esta teoria é universalmente aceita porque faz
previsões que têm sido testadas e confirmadas pela observação.
Um Telescópio no espaço
Uma vez que orbita fora da atmosfera da Terra, o telescópio Hubble (HST) pode
detectar não somente luz visível mas também ultravioleta e infra-vermelho das estrelas e
galáxias distantes. Estas formas de luz não-visíveis são absorvidas pela nossa atmosfera
e portanto difíceis de observar da superfície.
O Sol e os planetas em escala
Esta montagem de imagens a partir de vários satélites e telescópio na superfície mostra
os tamanhos relativos dos planetas e do Sol. O Sol é tão grande comparado aos planetas
que somente uma porção cabe na ilustração. A distância entre o Sol e cada planeta não é
mostrada em escala. A distância real do Sol a Terra, por exemplo, é 12000 vezes maior
do que o diâmetro da Terra.
Estudando estrelas e nebulosas, astrônomos
descobrem como as estrelas nascem,
evoluem e morrem
A Nebulosa do Orion - Berço de formação estelar
Esta nebulosa é um berçário onde estrelas são formadas a partir do gás nebular. O fluxo
ultravioleta originado nas estrelas recém nascidas excitam o gás e promovem o brilho de
toda a região gasosa. Muitas das estrelas embebidas nesta nebulosa possuem uma idade
menor do que um milhão de anos, um breve intervalo na vida das estrelas.
A Nebulosa do Caranguejo
Quando uma estrela morre, explode em uma supernova, ejetando gás quente
violentamente no espaço. Milhares de anos após a explosão, o gás ainda se move para
fora a velocidades da ordem de 1800 Km/s.
Através da observação de galáxias,
astrônomos aprendem sobre a origem e
o destino do Universo
Quasar
Os dois objetos estelares nesta imagem parecem idênticos, mas na verdade são
dramaticamente diferentes. O objeto à esquerda é efetivamente uma estrela. Mas a
“estrela” à direita é na verdade um quasar, cerca de 9 bilhões de anos-luz de distância.
Para parecer tão brilhante, estando tão distante, quasares devem ser muito luminosos são na verdade os objetos mais luminosos do Universo.
Medindo tamanho angular e distância
1 pc = 3.09 x 1013 km
1 UA = 1.5 x 108 km
A Escala do Universo
Capítulo 1!
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A Esfera Celeste!
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- A tradição Grega!
- A Revolução Copernicana!
- Posições sobre a esfera celeste!
- Física e Astronomia!
A Tradição Grega
O Homem tem admirado o céu e pensado sobre
seus mistérios. Evidência deste interesse
encontra-se em todo mundo através de vários
manifestações culturais.
No entanto, nossa visão moderna da ciência teve início na tradição filosófica grega.
Pitágoras deu grande contribuição ao estudo da geometria dos triângulos
retângulos.
A Tradição Grega
Como calcular as distâncias Terra-Lua e Terra-Sol?
O Universo Geocêntrico e a esfera celeste
Platão sugeriu que para compreender o “movimento dos céus” deveríamos começar com
uma conjunto de hipóteses. Parecia óbvio que as estrelas girassem em torno da Terra com
velocidade constante.
O Movimento retrógrado
Entender o movimento reverso de alguns objetos celestes (planetas) foi uma das questões
fundamentais d astronomia grega.
Ptolomeu
Copérnico
A Revolução Copernicana
1 - O centro do Universo é próximo ao Sol.
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2 - A distância da Terra ao Sol é imperceptível quando
comparada à distância às estrelas.
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3 - A rotação da Terra explica a aparente rotação diária das
estrelas.
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4 - O ciclo anual aparente do movimento do Sol é causado pela
rotação da Terra em torno do mesmo.
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5 - O movimento retrógrado dos planetas é causado pelo
movimento da Terra, de onde observamos.
A Observação de Vênus (Galileo)
-
Se Vênus estivesse entre o Sol e a Terra, então suas fases seriam sempre
“pequenas”, em seu movimento em torno do centro do seu epiciclo.
-
Se Vênus estivesse simplesmente em órbita circular em torno do Sol, teria fases
semelhantes às da Lua.
Órbitas Planetárias e Configurações
S
P = Período Sideral do planeta inferior
E = Período Sideral da Terra (1 ano)
S = Período Sinódico do planeta inferior
número de graus/ tempo para
completar a órbita (planeta
inferior)
número de graus/ tempo para
completar a órbita (Terra)
Uma volta a mais dada pelo
planeta inferior
Exercício: Derive a expressão para um planeta superior
Posições na Esfera Celeste
Sistema Horizontal: Azimute (A) - ângulo medido sobre o horizonte, com origem no Norte geográfico, no
sentido horário.
Altura (h) - ângulo medido sobre o círculo vertical do astro, com origem no horizonte e
extremidade no objeto.
distância zenital
Variações no Céu
A visão de um observador
a uma latitude de 35o
As estações do ano e sua origem
A eclíptica, equinócio e solstício.
Posições na Esfera Celeste
Sistema Equatorial: !
Declinação - é o ângulo contado a partir do equador celeste até o objeto medido ao
longo do círculo que passa por ambos pólos celestes (δ)
Ascensão Reta - é o angulo a partir do equinócio vernal, na direção Este até o círculo
usado para medir a declinação (α)
Tempo Sideral
Se você quer observar um particular objeto no céu, a hora ideal para fazê-lo é quando o
mesmo está mais alto no céu, ou o mais próximo do meridiano superior, minimizando os
efeitos da atmosfera sobre a imagem do objeto.
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Dia sideral é o intervalo de tempo entre duas passagens sucessivas do equinócio vernal
pelo meridiano superior.
1 dia sideral = 23h 56m 4.091s
O equinócio vernal, cujas coordenadas são RA
= 00h 00m 00s e DEC = 0o 0' 0’', cruza o
meridiano superior a meia noite em tempo
sideral (0:00). Assim, qualquer objeto cruza o
meridiano superior quando o tempo sideral é
igual a ascensão reta do objeto.
Suponha que você queira observar um objeto
cujas coordenadas são RA = 13h 25m 11.6s e
DEC = -11o 9' 41’’. Qual a melhor hora para
observação ? Quando o tempo sideral no local for 13:25
Precessão
Dado que o eixo de rotação da Terra é “inclinado”, a influência gravitacional da Lua e do
Sol sobre a Terra (que não é perfeitamente esférica) faz a mesma “precessionar”. A
precessão faz com que as coordenadas RA e DEC variem, mesmo que de uma quantidade
pequena.
Movimento Próprio
Um outro efeito contribuindo para a variação das coordenadas de um objeto é a velocidade
intrínseca do objeto. Considere a velocidade de uma estrela em relação a uma observador. O
vetor velocidade pode ser decomposto em duas componentes. A velocidade transversal
implica numa variação angular nas coordenadas equatoriais conhecida como movimento
próprio.
velocidade transversal
velocidad
e radial
Física e Astronomia
— A visão matemática da natureza, proposta inicialmente por Pitágoras e outros, levou a
revolução Copernicana. No entanto, um importante passo estava por ser dado no
desenvolvimento da ciência: a procura por causas físicas de fenômenos observados.
— A aplicação da física na astronomia, Astrofísica, tem se mostrado uma estratégia bem
sucedida em explicar um grande número de observações.
— Como parte da investigação será necessário estudar os detalhes dos movimentos dos
corpos celestes, a natureza da luz, a estrutura do átomo e a forma do próprio espaço. Cada
área da física desempenha um papel em algum aspecto da astronomia. A física de
partículas se une a astrofísica no estudo do Big Bang.
— Com a era de novas tecnologias e pesquisa espacial, telescópios têm sido capazes de
estudar o Universo com sensibilidade cada vez maior.
— Computadores têm nos permitido estudar em grande detalhe fenômenos que de outra
forma seria quase impossível do ponto de vista analítico. Simulações cosmológicas nos
permitem tratar o problema do desenvolvimento dinâmico de bilhões de partículas.