A escala do Universo - Universidade da Madeira

Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
A escala do
Universo
Laurindo Sobrinho
26 de abril de 2017
1
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
1 O Sistema Solar
2
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
Sol
http://umbra.nascom.nasa.gov/sdac.html
700 000 Km
Terra
http://www.msss.com/earth/earth.html
6 370 Km
O raio do Sol é cerca de 110 vezes maior do que o da Terra!!!
3
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
A Terra, a Lua e
a distância entre
ambas tudo
representado na
mesma escala.
4
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
A sonda New Horizons,
lançada em 2006, passou
por Plutão emjulho de 2015
e agora segue caminho em
direção a outros objetos da
Cintura de Kuiper.
A maior aproximação a
Plutão foi de 12500km no
dia 14 de julho de 2015.
http://pluto.jhuapl.edu/Mission/Where-is-New-Horizons/index.php
5
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
Imagem da superfície do planeta anão Plutão enviada pela sonda New
Horizons em julho de 2015
6
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
Plutão e Charon observados pelo HST em 1994
7
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
Imagem de Plutão obtida a partir do telescópio espacial Hubble
(2002-2003)
8
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
Plutão observado pela sonda New Horizons (julho 2015)
http://www.nasa.gov/mission_pages/newhorizons/images/index.html?id=367259
9
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
Imagem de Charon obtida pela sonda New Horizons (julho 2015)
http://www.nasa.gov/mission_pages/newhorizons/images/index.html?id=366794
10
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
Distância de Plutão à Terra (14 de
julho de 2015 ):
4750 milhões de km
Velocidade da luz no vazio:
c = 300 000 km/s
Nestas condições um raio de luz
demora cerca de 4h25m entre
Plutão e a Terra.
http://pluto.jhuapl.edu/Mission/Spacecraft/Communications.php
Antena de 70 metros de diâmetro no Deserto de Mojave na Califórnia.
Uma das antenas utilizadas para comunicar com a New Horizons.
11
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
Maiores objectos (conhecidos) na Cintura de Kuiper:
12
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
Nos últimos anos foram descobertos vários corpos para além da órbita de
Neptuno. Muitos deles com dimensão comparável à de Plutão. Em
particular, Éris, descoberto em 2005, é maior do que Plutão!
Raios:
Plutão – 1153 km
Eris – 1200 km
Dysnomia – 400 km (?)
Eris e o seu satélite Dysnomia
13
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
As sondas Pioneer 10, Pioneer 11,
Voyager 1 e Voyager 2 lançadas na
década de 70 do século XX continuam
a enviar dados para a Terra. A Voyager
1 está a cerca de 17h luz da Terra.
NASA
14
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
2 As estrelas
15
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
Alfa Centauri é o sistema estelar que fica mais próximo do Sol!
É um sistema
formado por
3 estrelas:
alfa Centauri A
alfa Centauri B
Próxima Centauri
(a que está mais
próxima do Sol)
http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/cosmic
16
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
A estrela Próxima Centauri fica a
39 900 000 000 000 Km
do Sol!
Plutão fica a
5 913 520 000 Km
do Sol!
Assim Próxima Centauri fica cerca de
6700
vezes mais distante do Sol do que Plutão!
17
Universidade da Madeira
A velocidade da luz no vazio é de:
Grupo de Astronomia
300 000 km/s
1s
LUA
TERRA
Um raio de luz emitido na Lua demora cerca de 1s a chegar à Terra!
18
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
7m
TERRA
SOL
A luz do Sol demora cerca de 7 minutos a chegar à Terra. Quando
nós observamos o Sol estamos de facto a ver como é que ele era 7
minutos antes!
19
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
5h
PLUTÃO
SOL
Um raio de luz emitido pelo Sol chega a Plutão passadas cerca de 5 horas!
20
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
4.2 anos
PRÓXIMA CENTAURI
SOL
Um raio de luz emitido pelo Sol leva cerca de 4.2 anos a chegar à estrela
Próxima Centauri!
Da mesma forma quando observamos esta estrela no céu estamos a ver luz
que saiu de lá há cerca de 4.2 anos!
Dizemos que Próxima Centauri fica a 4.2 anos luz de distância!
21
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
Siriús é a estrela mais
brilhante do céu! (logo
a seguir ao Sol).
Fica na constelação de
Cão Maior à distância
de 8.7 anos luz.
Vega é uma das estrelas
mais brilhantes. Fica na
constelação de Lira à
distância de 25 anos
luz.
22
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
Existem cerca de 40 estrelas num raio de 12 anos luz à volta do Sol...
http://www.atlasoftheuniverse.com/12lys.html
23
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
e cerca de 250 000 estrelas
num raio de 250 anos luz à
volta do Sol.
http://www.atlasoftheuniverse.com/250lys.html
24
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
Se aumentarmos o raio para 5000 anos luz o número de estrelas
ascende já aos 600 milhões.
http://www.atlasoftheuniverse.com/5000lys.html
25
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
Se aumentarmos o raio para 50 000
anos luz o número de estrelas atinge
os 200 000 milhões.
http://www.atlasoftheuniverse.com/galaxy.html
26
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
3 A Nossa Galáxia
A Nossa Galáxia é composta por cerca de
200 000 milhões de estrelas!
Fazem ainda parte da
Nossa Galáxia mais de 150 enxames
fechados bem como milhares de enxames
abertos e nebulosas.
200 000 000 000 estrelas
27
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
O Sistema Solar
situa-se no disco
da galáxia a cerca
de 28 000 anos
luz do centro.
O Sol completa
uma volta em
torno do centro
da galáxia a cada
250 milhões de
anos.
Map of the Milky Way. Image credit: Caltech
28
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
Nebulosas de Emissão
A luz que incide na nuvem (em geral raios uv) é
absorvida e depois emitida na forma de luz visível
(em geral vermelha)
A nebulosa da Lagoa (ou M8),
localizada na constelação de
Sagitário, é um exemplo de
uma nebulosa de emissão.
http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/image/m8_seds.gif
29
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
Enxames Abertos
As suas estrelas são em geral bastantes jovens (azuis).
É nestas regiões que nascem novas estrelas!
M6 ou Enxame da Borboleta é composto por muitas
estrelas azuis (jovens) e uma gigante laranja.
30
http://www.phy.mtu.edu/apod/ap990106.html
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
Enxames Fechados
As suas estrelas são em geral bastantes velhas (vermelhas).
Nos enxames fechados as estrelas ficam concentradas no centro.
M13 – O grande Enxame de Hércules.
31
http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap000301.html
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
Se o céu estiver limpo e não existir
poluição luminosa é possível ver,
mesmo a olho nu, (nas noites de
Verão), uma espécie de nuvem
designada por Via Láctea. O que
estamos a ver é de facto o disco da
Nossa Galáxia.
Com a invenção do Telescópio foi
possível observar de mais perto a
Via Láctea e verificar que aquilo
que inicialmente parecia uma
nuvem era na realidade uma
grande concentração de estrelas
distantes.
32
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
Nos meses de Inverno à noite
podemos observar o lado
exterior da Nossa Galáxia
(figura).
Pelo contrário, nos meses de
Verão a Terra está entre o Sol
e o centro da Galáxia pelo que
durante a noite podemos olhar
para o interior da Nossa
Galáxia.
http://casswww.ucsd.edu/public/tutorial/MW.html
33
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
4 Outras Galáxias
Nesta imagem obtida pelo
telescópio espacial Hubble
(HST) contam-se mais de
10 000 galáxias.
34
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
Galáxia de Andromeda
A 2.5 milhões de anos luz
fica a galáxia de Andrómeda
(M31, NGC ). É uma galáxia
do tipo espiral.
Embora um pouco maior, é
muito semelhante à
Nossa Galáxia.
É o objecto mais distante
ainda visível a olho nu.
35
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
Nuvens de Magalhães
São duas galáxias Irregulares satélites da Nossa Galáxia. A Grande
Nuvem de Magalhães (esquerda) fica a 160 000 anos luz e a Pequena
Nuvem de Magalhães (direita) fica a 200 000 anos luz.
36
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
Num raio de 5 milhões de
anos luz existem cerca de
50 galáxias. Estas formam
um enxame chamado
Grupo Local. As galáxias
dominantes neste grupo são http://www.atlasoftheuniverse.com/localgr.html
a Nossa Galáxia e a
Galáxia de Andromeda.
37
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
Num raio de 100 milhões
de anos luz existem cerca
de 50 000 galáxias. Estas
agrupam-se em enxames
que, por sua vez, se juntam
para formar
super enxames
de galáxias.
O Grupo Local de galáxias
faz parte do Super Enxame
da Virgem.
http://www.atlasoftheuniverse.com/virgo.html
38
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
http://www.atlasoftheuniverse.com/superc.html
Num raio de 1000 milhões de anos luz encontramos cerca de 60 milhões
de galáxias agrupadas em mais de 100 super enxames. Os super enxames
agrupam-se em filamentos deixando no meio espaços vazios designados
por ‘voids’.
39
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
O Universo Observável estende-se por cerca
de 50 000 000 000 de anos luz estimando-se
que o numero total de galáxias seja da
ordem dos 100 000 000 000.
40
Universidade da Madeira
Grupo de Astronomia
Como calcular estas distâncias?
Alguns dos métodos utilizados:
Método da paralaxe – até 1500 anos luz
Estrelas variáveis do tipo Cefeide – 800 anos luz a 100 milhões de anos luz
Supernovas do tipo Ia – acima de 2.5 milhões de anos luz
41
Universidade da Madeira
Luminosidade e brilho aparente
Grupo de Astronomia
Luminosidade (L) - energia emitida por uma estrela por unidade de tempo.
Brilho aparente (b) – fluxo de energia por unidade de tempo e por unidade
de área a uma determinada distância (d) da estrela.
O valor de L não depende do
observador. O valor de b depende
da distância à estrela, ou seja,
depende da localização do
observador.
http://www.physics.unc.edu/~evans/pub/A31/Lecture16-Stars/
42
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
Cefeides – estrelas variáveis que apresentam uma relação entre o seu
período de pulsação e a respetiva luminosidade (ou magnitude absoluta).
Sabendo o período de uma Cefeide e o seu brilho aparente podemos assim
determinar a sua distância.
RR Lyrae - São estrelas velhas
que já consumiram todo o
hidrogénio. Com a fusão do hélio
já não se atinge um bom
equilíbrio hidrostático pelo que
estas estrelas apresentam
pulsações. Todas as RR Lyrae
têm a mesma magnitude
absoluta pelo que são um bom
indicador para o cálculo de
distâncias.
http://zebu.uoregon.edu/~soper/MilkyWay/cepheid.html
43
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
Gigante vermelha + anã branca - se a transferência de matéria entre a
gigante vermelha e a anã branca for gradual então podem ocorrer
ocasionalmente explosões termonucleares, designadas por Novas, sobre a anã
branca. Se a massa da anã branca ultrapassar 1.4 massas solares então existe
uma explosão que desintegra completamente a anã branca. Temos uma
Supernova do tipo Ia (observável a grandes distâncias)
http://chandra.harvard.edu/photo/2001/v1494aql/
A luminosidade das Supernova
do tipo Ia é bem conhecido pelo
que estas podem ser utilizadas
para determinar distâncias
44
Grupo de Astronomia
Universidade da Madeira
[email protected]
http://www.uma.pt/astro
Grupo de Astronomia da Universidade da Madeira 2017
45