Aula Inaugural. Introdução à Astrofísica. Reinaldo R. de Carvalho

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1 Aula Inaugural Introdução à Astrofísica Reinaldo R. de Carvalho Livros recomendados:!! 1 - An Introduction to Modern Astrophysics, Bradley W. Carroll & Dale A. Ostlie, Second Edition, Pearson 2007!! 2 - Introduction to Astronomy and Cosmology, Ian Morison, First Edition, JWS 2008!! 3 - Foundations of Astrophysics, Barbara Ryden & Bradley Peterson, First Edition, Addison-Wesley 2010!! 4 - Astronomia & Astrofísica, Kepler De Souza Oliveira Filho & Maria De Fatima Oliveira, Terceira Edição, Livraria da Física 2014!! 5 - Descobrindo o Universo, Neil F. Comins & William J. Kaufmann III, Oitava Edição, Bookman 2010!! pdf das aulas estará em

2 Programa do Curso A Esfera Ceste Mecânica Celeste O Espectro Contínuo da Luz A Teoria da Relatividade Restrita Interação da Luz com a Matéria Telescópios Atmosferas Estelares Interiores Estelares O Sol Sequência Principal e Evolução Estelar Relatividade Geral e Buracos Negros O Sistema Solar A Nossa Galáxia Formação e Evolução de Galáxias A Estrutura do Universo Cosmologia

3 O diagrama V de Gowin! 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?

4

5 Do que falaremos no curso?

6 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.

7 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 o C (5778 K). Sua luminosidade é resultado de reações termonucleares que ocorrem no centro, onde a temperatura é de ordem de 15 milhões de o C (1.57 x 10 7 K)

8 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.

9 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.

10 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 vezes maior do que o diâmetro da Terra.

11 Estudando estrelas e nebulosas, astrônomos descobrem como as estrelas nascem, evoluem e morrem

12 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.

13 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.

14 Através da observação de galáxias, astrônomos aprendem sobre a origem e o destino do Universo

15 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.

16 Medindo tamanho angular e distância 1 pc = 3.09 x km 1 UA = 1.5 x 10 8 km

17 A Escala do Universo

18 Capítulo 1!! A Esfera Celeste! - A tradição Grega! - A Revolução Copernicana! - Posições sobre a esfera celeste! - Física e Astronomia!!

19 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.

20 A Tradição Grega Como calcular as distâncias Terra-Lua e Terra-Sol?

21 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.

22 O Movimento retrógrado Entender o movimento reverso de alguns objetos celestes (planetas) foi uma das questões fundamentais d astronomia grega. Ptolomeu Copérnico

23 A Revolução Copernicana 1 - O centro do Universo é próximo ao Sol.! 2 - A distância da Terra ao Sol é imperceptível quando comparada à distância às estrelas.! 3 - A rotação da Terra explica a aparente rotação diária das estrelas.! 4 - O ciclo anual aparente do movimento do Sol é causado pela rotação da Terra em torno do mesmo.! 5 - O movimento retrógrado dos planetas é causado pelo movimento da Terra, de onde observamos.

24 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.

25 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

26 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

27 Variações no Céu A visão de um observador a uma latitude de 35 o As estações do ano e sua origem A eclíptica, equinócio e solstício.

28 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)

29 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.! Dia sideral é o intervalo de tempo entre duas passagens sucessivas do equinócio vernal pelo meridiano superior. 1 dia sideral = 23 h 56 m s O equinócio vernal, cujas coordenadas são RA = 00 h 00 m 00 s e DEC = 0 o 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 = 13 h 25 m 11.6 s e DEC = -11 o 9' 41. Qual a melhor hora para observação? Quando o tempo sideral no local for 13:25

30 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.

31 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

32 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.

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