Lab Activities in Astrophysics - Departamento de Física da UBI

Lab Activities in Astrophysics
Astrofísica – Ano lectivo 1998/1999
LA1 - A Origem do Sistema Solar
Estes exercicios requerem a utilização das tabelas seguintes
Tabela 1 – Propriedades Físicas dos Planetas
Planeta
Mercurio
Venus
Terra
Marte
Jupiter
Saturno
Urano
Neptuno
Plutão
Raio (R)
0.38
0.95
1.00
0.53
11.19
9.46
3.98
3.81
0.18
Massa (M)
0.06
0.82
1.00
0.11
317.90
95.18
14.54
17.13
<0.01
Densidade (g/cm3)
5.43
5.25
5.52
3.93
1.33
0.71
1.24
1.67
1.84
Tabela 2 – Propriedades Orbitais dos Planetas
Planeta
Mercurio
Venus
Terra
Marte
Jupiter
Saturno
Urano
Neptuno
Plutão
Distancia do
Sol (A.U.)
0.39
0.72
1.00
1.52
5.20
9.54
19.19
30.06
39.53
Periodo (anos)
0.24
0.62
1.00
1.88
11.86
29.46
84.01
164.79
247.70
Inclinação
Orbital
7.00
3.39
0.00
1.85
1.31
2.49
0.77
1.77
17.15
Excentricidade
Orbital
0.21
0.01
0.02
0.09
0.05
0.06
0.05
0.01
0.25
1
1. a) Usando a primeira tabela, que planetas são similares à Terra? De que forma são similares?
1. b) Que planetas têm propriedades bem diferentes das da Terra? De que forma são diferentes?
2. Define por tuas palavras inclinação orbital e excentricidade orbital.
Descreve a forma e orientação das órbitas planetárias usando os valores da segunda tabela.
3. Usa os dados das duas tabelas para argumentar que os planetas não foram arbitráriamente
capturados do espaço pela atracção gravitacional do Sol.
4. Explica como os dados das duas tabelas podem ser usados para suportar um modelo do
sistema solar que se formou por colapso de uma nuvem de poeira inter-estelar em rotação.
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Astrofísica – Ano lectivo 1998/1999
LA2 – O Sol como uma Estrela
O objectivo é analisar a estrutura do Sol, assim como inquirir acerca da energia gerada por este.
Daqui se pode retirar alguma informação acerca do modelo standard do Sol. A tabela seguinte
descreve (através de leis físicas e simulação numérica) como a massa, luminosidade,
temperatura e densidade variam com a distancia ao centro do Sol.
Tabela 1 - O Modelo Standard do Sol
Raio
0.00
0.09
0.20
0.32
0.61
0.86
1.00




Massa (%)
0.00
0.06
0.34
0.65
0.95
0.99
1.00
Luminosidade(%)
Temperatura (K)
Densidade(g/cm3)
0.00
0.37
0.94
0.99
1.00
1.00
1.00
15.51
13.37
9.30
6.46
2.98
0.88
0.01
147.74
93.35
34.28
10.16
0.45
0.04
<0.01
Raio mede a distância a partir do centro do Sol, sendo 1.00 na superficie
A Massa refere a percentagem de materia contida no raio especificado em Raio.
A Luminosidade fornece a percentagem de energia gerada no raio especificado
A Temperatura e Densidade são relativas ao raio indicado
1. Representa gráficamente as relações M (R), L (R), T (R) e D (R).
2. Que implicações concluis acerca de como o densidade varia no interior do Sol? Justifica os
teus argumentos com base na tabela e gráfico correspondente.
3. Para que densidade e temperatura é gerada energia no Sol através das reações p-p? Que raio
corresponde a essa temperatura?
3
4. Que informação se retira de L(R) acerca de onde a energia solar é produzida? Justifica.
5. Descreve os processos de transporte radiativo e convecção para deslocar energia do Sol
desde o núcleo até superficie.
6. Representando o Sol como um circulo de 2cm indica as regiões onde os processos de
transporte radiativo e convecção são dominantes.
7. Igualmente, representa as regiões do Sol onde



99% da energia do Sol é produzida
Temperatura do Sol é metade do seu valor máximo
Massa contida é metade da massa total.
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LA3 – Classificação Estelar
O Objectivo é comparar a massa, luminosidade e temperatura do Sol com outras estrelas,
contidas numa distãncia até 4 pc. Desta forma podemos avaliar quais estrelas são mais comuns e
poder induzir quanto ao Universo em geral.
Tabela 1 – Estrelas mais próximas do Sol
Estrela
Distância (pc)
Tipo Espectral
Luminosidade (L)
Sol
0.0
G2V
1.0
Proxima Centauri
1
M5e
0.00006
Alpha Centauri A
1.3
G2V
1.6
Alpha Centauri B
1.3
K0V
0.45
Barnard´s Star
1.8
M5V
0.00045
Wolf 359
2.3
M8e
0.00002
Lalande 21185
2.5
M2V
0.0055
Luyten 726-8A
2.6
M6e
0.00006
Luyten 726-8B
2.6
M6e
0.00004
Sirius A
2.7
A1V
23.5
Sirius B
2.7
WD
0.03
Ross 154
2.9
M5e
0.00048
Ross 248
3.2
M63
0.00011
Epilson Eri
3.3
K2V
0.30
Luyten 789-6
3.3
M7e
0.00014
Ross 128
3.3
M5
0.00036
61 Cyg A
3.4
K5V
0.083
61 Cyg B
3.4
K7V
0.040
Epilson Ind
3.4
K5V
0.13
Procyon A
3.5
F5IV-V
7.65
Procyon B
3.5
WD
0.00055
2398 A
3.5
M4V
0.0028
2398 B
3.5
M4V
0.0013
Groombridge 34A
3.6
M1V
0.0058
Lacaille 9352
3.6
M2V
0.013
Tau Ceti
3.7
G8V
0.45
Nota: Uma estrela seguida da letra A e B significa que forma um binário
1. Que percentagem de estrelas são membras de um sistema binário?
2. Todas as estrelas têm igual luminosidade? Qual é a variação?
3. Usando a tabela, relaciona o tipo ou classe espectral com a luminosidade
4. Representa num histograma o número de estrelas em função da classe espectral
5. Qual é o tipo mais comum de classe espectral?
6. Que podes dizer acerca da percentagem de estrelas tipo O e B na nossa galáxia?
5
7. É o Sol uma estrela média?
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LA4 – Diagramas de Hertzsprung-Russell
O objectivo deste exercicio é utilizar parâmetros estelares como a massa, raio, luminosidade e
temperatura e inferir acerca de relações entre estes parâmetros. Daqui se retira informação sobre
o o comportamento físico das estrelas em geral. Em particular, obtem-se o diagrama de
Hertzsprung-Russell e relação massa-luminosidade.
Tabela 1 – Parâmetros de estrelas
Estrela
Y Cyg
QX Car
U Oph
Beta Aur
V805 Agl
EI Cep
RZ Cha
UV Leo
YY Gem
CM Dra
Log (M)
1.22
0.96
0.72
0.38
0.31
0.23
0.18
0.00
-0.23
-0.62
Raio
6.0
4.3
3.4
2.5
2.1
2.5
2.3
1.1
0.6
0.3
Log (T)
4.485
4.34
4.220
3.955
3.915
3.840
3.800
3.768
3.576
3.500
Log (L)
4.45
3.59
2.90
1.56
1.26
1.12
0.86
0.09
-1.13
-2.16
Tipo Espectral
B0
B2
B5
A1
A5
F0
F5
G2
M1
M4
1. Representa gráficamente Log (M) em função de Log (L) e Log (L) função de Log (T). Indica
cada ponto com o tipo espectral da estrela e traça a curva que melhor se adapta aos pontos.
2. O que podes concluir da relação massa-luminosidade - Log (M) em função de Log (L)
3. O que podes concluir do diagrama de Hertzsprung-Russell - Log (L) função de Log (T)? A
linha principal é designada de sequência principal. Como é que as luminosidades se
relacionam com a temperatura de estrelas na sequência principal?
4. Usando a tabela acima, indica as zonas da sequencia principal onde se tem massa eleveda e
reduzida, e dimensão estelar elevada e reduzida.
5. Analisa como a classe espectral de estrela é relacionada com a sua massa, luminosidade e
temperatura.
6. Analisa se uma estrela ao envelhecer se desloca ao longo da sequencia principal, assumindo
que uma estrela não perde massa durante esse processo.
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