INTRODUÇÃO À ASTRONOMIA (AGA210)

Transcrição

1 INTRODUÇÃO À ASTRONOMIA (AGA210) Introdução Enos Picazzio IAGUSP 1o. Sem/ 2006

2 Astronomia O que há no espaço próximo e longínquo? Quão grande é o universo? Ele tem limite? Ele surgiu ou sempre existiu? Se surgiu, foi quando? Como aconteceu? Terá um fim? Existe vida além da nossa? Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)

3 Astronomia É apenas uma das ciências exatas, provavelmente a que converge as demais. Mas: O que é ciência? (e o que não é?) Ela pode descobrir a verdade? Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)

4 CIÊNCIA tem método e critérios específicos (regras de jogo) que nem sempre são aceitas por outras correntes pensantes, analíticas, filosóficas. Muitos termos científicos são utilizados corriqueiramente, porém com significados distintos e, por vezes, confusos. Exemplos: magnetismo, força, energia... Nossa discussão ficará restrita à Ciência Moderna, fundada por Galileu Galilei: o objetivo da ciência não são as essências metafísicas das coisas, e sim os fenômenos naturais, experimentalmente provados e matematicamente conexos. Quais são os passos no Método Científico?

5 Métodos científicos 1. Definição do problema: o que estamos tentando decifrar? 2. Coleta de dados: experimentos para ver o que acontece. 3. Teorização: tentar explicar o que vemos; a boa teoria deve prever fatos. 4. Testar a hipótese: voltar ao passo 2 para ver se a previsão é correta. Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)

6 Verdade Científica Repetir os passos anteriores exaustiva e continuamente. Não temos condições de provar a verdade, mas conseguimos provar a inverdade (o falso). A verdade de hoje pode ser a inverdade de amanhã. Assim é construído o conhecimento científico. NADA É ETERNO, EXCETO A MUDANÇA (HERÁCLITO DE ÉFESO Grécia, a.c.) Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)

7 Verdade Científica É possível elaborar experimentos perfeitos? Podemos executar medidas perfeitas? NÃO Então, sempre haverá espaço para a dúvida! Isto significa que na realidade não sabemos nada? Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)

8 Verdade Científica Em alguns casos, temos teorias que prevêm com alto grau de precisão o resultado de um experimento, por melhores que sejam nossas medidas. Exemplo: sabemos que a gravidade atrai, e que a fórmula para a gravitação atua com enorme precisão! Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)

9 Imprecisão Científica Entretanto, outras teorias (como a previsão meteorológica e o aquecimento global) ainda falham. Em alguns casos conhecimentos não científicos podem ajudar. Exemplo: o comportamente atípico dos animais antes da ocorrência de um terremoto. Isto já evitou catástrofes. Mesmo assim, é necessário cautela para se acreditar nesses conhecimentos até que sejam exautivamente testados e, quem sabe, compreendidos. Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)

10 Astronomia É a ciência que descreve os corpos celestes* de acordo com seus locais, tamanhos, movimentos, constituições, e evoluções. * celestial é sinonimia de divino, sobrenatural

11 Ramos da Astronomia Astronomia Fundamental ou Astrometria posição, movimento e sistema de referência Astronomia Dinâmica ou Mecânica Celeste dinâmica dos movimentos Astrofísica propriedades físicas dos objetos inclui: radioastronomia, astronomia no infravermelho, em raios-x, altas energias, etc. novos ramos: astronomia dos neutrinos, raios cósmicos e astronomia de ondas gravitacionais

12 Em ciência usamos números muito grandes (MACRO) e muito pequenos (MICRO): MUITO GRANDES Potências de Dez por exemplo, a massa do Sol: 2 bilhões de bilhão de bilhão de toneladas! ton 1 mil = milhão = 1000 mil = billion = 1000 milhão = Usando potências de dez: 1 mil = 1000 = milhão = = 10 6 massa do Sol = 2 x ton Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)

13 Potências de Dez 10 0 = = = 10 x 10 = = 10 x 10 x 10 = MIL 10 4 = 10 x 10 x 10 x 10 = = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = MILHÃO 10 9 = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = = BILHÃO Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)

14 Em ciência usamos números muito grandes (MACRO) e muito pequenos (MICRO): MUITO PEQUENOS Potências de Dez raio de um átomo é cerca de: 1 décimo de bilhonésimo de metro 1/ m m Usando potências de dez: 1 milhonésimo = 1/ = 10-6 raio de um átomo = m Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)

15 Potências de Dez 10 0 = 1 = = 1/10 = 0, = = 1/100 = 0, = = 1/1000 = 0, = = 1/ = 0, = = 1/ = 0, = = 1/ = 0, = Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)

16 Medidas: Sistema Métrico Dimensão Distância: metro [L] Tempo: segundo [T] Massa: kg [M] Distância: 1km = 1000 m 1m = 100 cm = 1000 mm Massa: 1kg = 1000g Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)

17 Unidades Métricas 1ng = 1 nanograma = 10-9 g = 1 bilhonésimo de grama 1mg = 1 micrograma = 10-6 g = 1 milhonésimo de grama 1mg = 1 miligrama = 10-3 g = 1 milésimo de grama 1cg = 1 centigrama = 10-2 g = 1 centésimo de grama 1dg = 1 decigrama = 10-1 g = 1 décimo de grama 1g = 1 grama = 10 0 g = 1 grama 1kg = 1 kilograma = 10 3 g = 1 mil gramas 1Mg = 1 megagrama = 10 6 g = 1 milhão de gramas 1Gg = 1 gigagrama = 10 9 g = 1 bilhão de gramas 1ns = 1 nano-segundo = 1 bilhonésimo de segundo 1cm = 1 centímetro = 1 centésimo de metro Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)

18 Medidas Astronômicas - ângulos λ Grau: há 360 o num círculo λ Minuto de arco: há 60 em 1 o λ Segundo de arco: há 60 em 1 Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)

19 Medidas Astronômicas - ângulos Distância Angular: quantidade de graus que separa dois pontos no céu. Diâmetro Angular ou Tamanho Angular: quantidade de graus entre dois bordos de um objeto. Os tamanhos angulares da Lua e do Sol são ambos aproximadamente 0.5º Chapter 1,A stronom y and the U niverse, Kelle Slater

20 Chapter 1,A stronom y and the U niverse, Kelle Slater

21 Chapter 1,A stronom y and the U niverse, Kelle Slater

22 Tente estimar o tamanho angular aproximado deste disco Chapter 1,A stronom y and the U niverse, Kelle Slater

23 Medida Angular para ângulos pequenos 1º = 60 arcmin = 60 1 = 60 arcseg = 60 Chapter 1,A stronom y and the U niverse, Kelle Slater

24 Lua: dimensões angulares 0.05º = 3 arcmin 0.5º = 30 arcmin Cratera Tycho Brahe 0.3 arcmin = 18 arcseg Chapter 1,A stronom y and the U niverse, Kelle Slater Mar da Tranquilidade (pouso da Apollo 11 )

25 Fórmula para ângulos pequenos D = Α d D = tamanho linear do objeto A = tamanho angular do objeto (em arcseg) d = distância do objeto Chapter 1,A stronom y and the U niverse, Kelle Slater

26 Exemplo: em 28/11/2000, Júpiter estava a 609 milhões km da Terra e tinha um diâmetro angular de 48,6. Qual é o seu diâmetro real? Fórmula para ângulos pequenos Α d D = D = tamanho linear do objeto A = tamanho angular do objeto (em arcseg) d = distância do objeto D = 48,6 x km / = km Chapter 1,A stronom y and the U niverse, Kelle Slater

27 Medidas Astronômicas - distâncias Unidade Astronômica (UA) = Distância da Terra ao Sol = 1,496 x 10 8 km ~ 150 milhões de km Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)

28 Medidas Astronômicas - distâncias Ano Luz (AL): distância percorrida pela luz em um ano veloc. luz ano dia hora m inuto = km/s 365,24 d 24 h 60 m 60 s = 9,42 x km = UA Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)

29 Medidas Astronômicas - distâncias Parsec = distância na qual 1 UA é vista sob um ângulo de 1 (segundo de arco) 3,6 AL Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)

30 Tamanho e Escala Tamanhos Relativos e Escala de Distância dos objetos astronômicos

31 Grupos de Galáxias Menor agregado de galáxias Menos que 50 galáxias Diâmetros ~ 6 milhõs de A.L. Massas ~100 x massa da Via Láctea Enorme quantidade de matéria escura Alguns Grupos Próximos MKW 4 Grupo Nome Número de Membros Distâncias (milh A.L.) M Sculptor 6 6 Centaurus M M66 + M96 ~10 31 NGC NGC 2300

32 O Grupo Local ~ 30 galáxias Andrômeda é a maior Via Láctea é a 2a. Nuvens de Magalhães

33 Aglomerados de Galáxias Aglomerados Ricos Milhares de galáxias Maior concentração em direção ao centro Abundância maior de galáxias elípticas Gás quente Gde quantidade de fusões Aglomerado Pobre Poucas galáxias Formas diversas Mais galáxias espirais Poucas elípticas

34 Propriedades dos aglomerados Aglomerado de Virgem Distância: 50 milhões A.L. 250 grandes/2000 pequenas Diâmetro ~10 milhões A.L vezes a massa da Via Láctea Diâmetros de até 30 milhões A.L. Contém gde quantidade de matéria escura Aglomerado de Coma Distância: 300 milhões A.L galáxias (maioria pequena) Diâmetro ~ 20 milhões A.L.

35 Grupos, Aglomerados e Superaglomerados de galáxias Coma Centaurus Aglomerados galáxias não são as maiores estruturas no Universo Gravidade une os aglomerados Perseus Hercules

36 Superaglomerado local Superaglomerado de Virgem Escala: ~ 40 milhões de A.L. = 30 vezes o raio do Grupo Local

37 Os superaglomerados vizinhos Galáxias e aglomerados de galáxias localizadas em estruturas que guardam grandes espaços praticamente vazios. O mapa mostra apenas aproximadamen te um décimo quinto do diâmetro do universo visível. Raio: 1 bilhão de A.L.

38 O Grande Atrator Medidas de velocidades do superaglomerado local e outros próximos Corrente na direção de Centaurus Um rio de galáxias fluindo a ~600 km/s Massa de ~ vezes maior que a massa da Via Láctea Maior parte de matéria escura (sem contrapartida óptica)

39 A Grande Muralha Vista obscurecida pela Via Láctea A maior estrutura conhecida 280 x 700 milhões A.L. em tamanho menos que 20 milhões A.L. de espessura

40 Bolhas e Vazios Além dos superaglomerados e paredes, foi encontrado ainda imensas regiões vazias com poucas ou nenhuma galáxia. ~ 300 milhões A.L. em tamanho fósseis do universo primitivo regiões com pouca ou nenhuma matéria escura?

41 Universo em Grande Escala Estrutura 3-d parece bolha de sabão Galáxias estão na superfície das bolhas Bolhas circundam gdes espaços que contém pouca matéria

42 O Universo Visível Escala: ~ 14 bilhões de A.L. Esquema: Em larga escala o universo parece ser aproximadamente uniforme. Ele pode ser bem maior que isto, mas podemos enxergar apenas uma parte dele porque a luz dos objetos mais distantes ainda não teve tempo para nos atingir devido à idade do universo (entre 11 e 20 bilhões de anos).

43 Dimensão (m) Massa (kg) Densidade (kg/m 3 ) Temperatura (K)

44 Dimensão (m) Massa (kg) Densidade (kg/m 3 ) Temperatura (K)

45 A Escala do Universo

46 A Escala do Universo

47 A Escala do Universo

48 A Escala do Universo

49 A Escala do Universo

50 Tudo se move! Terra gira sobre seu eixo: > km/h Terra gira ao redor do Sol: > km/h Sistema Solar se move entre as estrelas: ~ km/h Via Láctea gira: ~ km/hr Via Láctea se move no Grupo Local Universo expande

51