Introdução a Astronomia

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1 Introdução a Astronomia...uma breve perspectiva do caminho que realizaremos durante o curso e a necessidade da utilização de Unidades Especiais e Medidas Astronômicas... I- A Ciência Astronomia-Astrofísica II- Estrutura Hierárquica do Universo III- Escalas de Dimensões e Distâncias no Universo IV Medidas Astronômicas

2 Astronomia & Astrofísica Ciência que envolve o estudo do espaço além da atmosfera da Terra. Estuda também fenômenos que ocorrem na atmosfera superior, e que tem sua origem no espaço, tais como auroras e meteoros. - Astronomia tem por objetivo medir a posição e movimento dos corpos celestes, bem como cálcular suas órbitas. Estes estudos são realizados técnicamente, em 2 áreas de trabalho subdivididas, respectivamente, em Astrometria e Mecânica Celeste. Uma das principais missões da Astrometria, por exemplo, é determinar um Sistema de Referência quase absoluto... - Astrofísica estuda a natureza física do Universo e do que nele está contido (planetas, estrelas, galáxias, além da natureza e composição do que existe neles e entre eles). Complementa o ramo tradicional da astronomia. - A cisão sutil entre estas 2 áreas ocorreu devido ao desenvolvimento do estudo da luz, em particular da espectroscopia, no século 19, como veremos no curso no Roteiro 5 Evolução da Astronomia Moderna.

3 Astronomia & Astrofísica Cosmologia - Cosmologia surge no século 20 como ciência, após o reconhecimento de que existem outras galáxias além da Via-Láctea, e de que o Universo está se expandindo. Trata, portanto, de compreender a origem e evolução do Universo. Entende-se por Universo tudo que existe, ou seja, a totalidade do espaço, tempo, matéria e energia.

4 Estudo da Astrofísica Exige amplo conhecimento de diferentes áreas... Além da física e matemática, um astrônomo precisa conhecer relativamente bem química, geologia, ciência atmosférica e algum conhecimento de biologia. Exemplos: Estudo de planetas exige certo grau de conhecimento e familiarização com a geologia, ciências atmosféricas,... Estudos de processos moleculares no meio Interestelar, além de atmosferas externas de estrelas, atmosferas planetárias, populações estelares e evolução estelar em galáxias exigem conhecimento da química, entre outras... Pesquisa de formas de vida no Universo: biologia

5 Pesquisas astronômicas em solo ou no espaço são altamente dependentes do desenvolvimento tecnológico. Alguns exemplos relevantes, são: - Detetor eletrônico CCD (década de 70) --> maior eficiência quântica do que placas fotográficas - Astronomia Espacial que permite observar uma enorme diversidade de fenômenos astronômicos, em todos os comprimentos de onda, de raios-gama a rádio. -Telescópios opticos maiores e melhores equipados permitem melhor resolução, viabilizando os estudos de regiões centrais de galáxias, por exemplo! - Radiotelescópios Sistemas Interferometria de Linha de Base Muito Longa (VLBI), que permite observar, por exemplo, quasares brilhante, que contém um buraco negro de elevada massa - cerca de um bilhão de vezes a do Sol (APEX). - Outros telescópios em andamento veremos mais detalhadamente no Roteiro 7.

6 II- Estrutura Hierárquica do Universo Gravidade é a força fundamental que governa a estrutura inteira do Universo. - Governa, portanto, a evolução do Universo... Vamos ver alguns exemplos, em diferentes escalas de dimensão: - Terra e outros Planetas orbitam o Sol devido a atração gravitacional - O Sol, uma das centenas de bilhões de estrelas que se encontra no disco da Via-Láctea, e que orbita a Galáxia, está ligado as outras bilhões de estrelas pela gravidade - A Via-Láctea é uma das centenas de bilhões de galáxias que se encontra em um grupo ( 30), graças ou devido a gravidade

7 Galáxias tendem a se agrupar em diferentes níveis de aglomerações, desde grupos até aglomerados e superaglomerados (as maiores estruturas no Universo) devido a gravidade. A forma de distribuição superaglomerados gera destes uma configuração filamentar, criando então regiões densas e vazios: estrutura fundamental do Universo em larga escala. A origem destas estruturas é um dos principais problemas em aberto da astronomia moderna. FOTO: Imagem da simulação mostra uma comparaçãoo entre a distribuição de matéria escura (esquerda/azul) e a densidade de gás visível (direita/laranja). Crédito: Illustris Collaboration

8 Hierarquização das Estruturas do Universo

9 Universo Observável Conceito que está associado ao modelo do Big-Bang. Região esférica centrada no observador (Terra) onde galáxias e outros objetos astronômicos do Universo podem ser observados no presente tempo graças ao fato de a luz, e outros sinais, terem tido tempo suficiente para atingir a Terra desde o início da expansão do Universo. Créditos: ia.org/w/index.php?curid=

10 Homogêneo em grande escala

11 Escala de Dimensões no Universo 10 milhões de anos-luz 13 bilhões de anos-luz 40 bilhões de anos-luz (expansão) 100 milhões de anos-luz 5,5 horas-luz Km 100 mil anos-luz

12 III- Escalas de Dimensões e Distâncias no Universo O sistema de unidades oficial utilizado por Físicos e Astronômos é o Sistema Internacional SI - Distâncias (D) são expressas em metros (m) - Massas (M) em kilograma (kg) - Tempo (T) em segundos (s) Para lidar com a amplitude de valores utilizados em astronomia e astrofísica, utiliza-se notação científica, nos quais os números são expressos em potências de 10. Abaixo, damos alguns exemplos aproximados para entender a necessidade deste tipo de notação. --> Dimensões atômicas típicas = 0, m = a 10-9m --> Dimensões Planetas = = 106 a 107 m --> Distância Terra-Sol = km = 1.5 x 108 km = 1 UA --> Dimensão do Sistema Solar = km = 1x1010km --> Dimensão da Via Láctea = km = 1.2 x 1017 km --> Dimensão de SuperAglom. = = 1x1021km

13 Definição de algumas Unidades Especiais Convenientes na Astronomia Algumas unidades especiais são utilizadas por astrônomos para facilitar a compreensão, manipulação e comparação de medidas, são elas: - Unidade Astronômica (U.A) = Definida como sendo a distância Terra-Sol 1 UA = 1,5 x 1011m ou 1,5 x 108km - Ano-luz (A.L) = Distância que a luz percorre em 1 ano, no vácuo, com velocidade da luz 1 AL = 9,5 x 1015m ou 9,5 x 1012 km - Parsec (pc) = Distância na qual um astro teria com uma paralaxe de 1 segundo de arco 1 pc = 3,26 A.L * Paralaxe é uma medida de ângulo ocasionada pelo movimento da fonte" Vamos entender melhor a seguir, as definições de Ano-Luz (AL) e Parsec

14 Ano-Luz e Sub-Multiplos É comum e útil utilizarmos também as sub-unidades do ano-luz tais como a hora-luz, o minuto-luz e o segundo-luz Uma hora-luz é a distância percorrida pela luz em uma hora. Ela corresponde a km Um minuto-luz é a distância percorrida pela luz em um minuto. Ele corresponde a km. Um segundo-luz é a distância percorrida pela luz em um segundo. Ele corresponde a km. Importante: o ano-luz e seus submúltiplos, hora-luz, minuto-luz e segundo-luz, são unidades de medida de distância e não de tempo.

15 Algumas considerações sobre o parsec... Parsec: unidade de distancia definida a partir do raio de órbita da Terra quando é visto sob um ângulo de 1'' 1 pc = 3,26 A.L

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17 Para tanto, é preciso lembrar de algumas definições de medidas angulares:

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19 Tabela 1 Unidades e Medidas Astronômicas

20 Tabela 2 Constantes Úteis e Medidas Físicas

21 Outras Escalas e Medidas Utéis - Distancias: U.A, a.l, pc, Kpc (103), M (106)pc - Unidades de tempo: Mega-ano = My (106), Giga-ano = Gy (109) - Unidades de Energia e seus Múltiplos: Eletron- volt (ev) - é a quantidade de energia cinética ganha por um único elétron quando acelerado por uma diferença de potencial elétrico de um volt, no vácuo. 1 ev = 1, (49) x joules. 1 kev (quilo ev): mil elétrons-volt = 103 elétrons-volt (ev) 1 MeV (mega ev): 1 milhão de elétrons-volt = 106 ev 1 GeV (giga ev): 1 bilhão (mil milhões) de elétrons-volt = 109 (ev) 1 TeV (tera ev): 1 trilhão (mil bilhões) de elétrons-volt = (ev)

22 Distâncias Vimos que no Sistema Solar é comum utilizar unidades de distância tais como Unidade Astronomica e Parsec. Durante o curso veremos outros métodos que permitem obter distância de objetos mais longuínquos

23 Existem evidências de que a maior parte da massa no Universo é invisível Lsto significa que esta massa não está na forma de estrelas, gás ou poeira, Portanto, não pode ser observada

24 Anexo: Lembrando algumas propriedades de Potência e Logarítmo...que usaremos durante todo o curso Se: 10x = y então: x = log y Logarítmo (x) de um número (y) é o expoente ao qual se deve elevar 10 para se obter o número (y) dado. 100 = 1 por definição 101 = = 10 x 10 = = 10 x 10 x 10 = 1000 Propriedades 0 = log 1 1 = log 10 2 = log = log 1000

25 Sugestão de Vídeos 1- THC O Universo 1 Episodio 01 Ale m Do Big Bang, (Dublado) 2- O Universo: Maiores Coisas do Universo (Dublado)