MINIOBSERVATÓRIO ASTRONÔMICO: observações remotas

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1 MINIOBSERVATÓRIO ASTRONÔMICO: observações remotas Divisão de Astrofísica Coordenação Geral de Ciências Espaciais e Atmosféricas inaugurado em 30 de outubro de 2003

2 MINIOBSERVATÓRIO ASTRONÔMICO Divisão de Astrofísica Objetivos Automação/integração local dos instrumentos em ambiente Windows e Linux: telescópio óptico, câmera CCD astronômica, espectrógrafo, estação meteorológica e câmeras auxiliares Observação remota através da Internet por professores e estudantes credenciados Apoio às atividades de difusão, ensino e pesquisa do INPE Educação em Ciências com Observatórios Virtuais (USP, Fundação Vitae) & ENSINAST (UFRGS, CNPq): projetos motivadores Curso de Introdução à Astronomia e Astrofísica Ciclo de Capacitação de Professores em Astronomia Escola do Espaço (ATDCCTE/CEP) Visitação pública regular às quartas Sessões remotas às quintas Iniciação científica (Ensino Médio e Superior) em Astronomia e Astrofísica Pós-graduação em Astrofísica

3 MINIOBSERVATÓRIO ASTRONÔMICO São José dos Campos, SP (latitude Sul, longitude Oeste, 620 m) Telescópio Schmidt-Cassegrain (Celestron 11) diâmetro do espelho coletor de luz (primário): 27,94 cm razão focal: distância-do-foco/diâmetro-do-espelho = f/10 (F =2,794 m) 1 montagem equatorial alemã automatizada (Losmandy G11) Área coletora = 3.000x a do olho (mmax= molho+ 9!) Resolução angular = 0,4 (R$1@13km ou 700m@Lua!)

4 ASTRONOMIA OBSERVACIONAL Canais de informação Direção da fonte Intensidade da emissão Qualidade espectral da emissão Caráter historicamente observacional Necessidade de desenvolvimento instrumental

5 OBSERVAÇÕES REMOTAS com TELESCÓPIO e CCD O que são? Como executar? Windows: com os programas clientes comerciais (Bisque Software dos EUA) Quaisquer: através de uma página de internet (+ programas auxiliares) Como agendar? Sessões de observações remotas no Miniobservatório (iniciadas em 12/08/2005) Abril a Outubro, quintas-feiras, 19h-22h (exceto Julho) Sem necessidade de conhecimentos em Astronomia Projeto piloto do Miniobservatório: Movimento de um asteróide Rede de observatórios remotos no Brasil: atual Telescópios na Escola Alternativas Nosso banco de imagens Colaboração c/outros observatórios (ex. Austrália) Outras redes (ex. Telescopes in Education NASA )

6 OBSERVAÇÕES ASTRONÔMICAS REMOTAS: objetivos e justificativas Formação científica dos estudantes Ensino-aprendizagem do método empírico de investigação científica Análise de fenômenos astronômicos e astrofísicos Atividades práticas para o ensino de Física e Ciências com telescópio e câmera digital astronômica Recursos de laboratório/multimídia (computador, Internet e imagens) Caráter multi/interdisciplinar da Astronomia Capacitação de professores

7 Roteiro de uma observação remota com telescópio e CCD Escolha do(s) astro(s) e/ou projeto observacional Lua, planetas, aglomerados de estrelas, nebulosas e galáxias região do céu onde um asteróide se localiza Inicialização local dos instrumentos Conexão c/os programas servidores Visualização do telescópio e condições meteorológicas Apontamento(s) do telescópio Coleta(s) de luz Descarregamento dos arquivos das imagens Tratamento das imagens, se necessário! Análise dos dados e resultados

8 Telescópio:

9 Condições Meteorológicas:

10 Banco Público de Imagens:

11 Banco Público de Imagens:

12 SESSÃO de OBSERVAÇÃO ASTRONÔMICA REMOTA: modo de operação I UTS Web Página de internet (em servidor Linux, ou Windows)

13 SESSÃO REMOTA: UTS Web 'Menu'

14 Para onde e como apontar o telescópio?

15 USANDO AS COORDENADAS CELESTES EQUATORIAIS: declinação de 0º (Equador) a 90º (Pólos), DEC ou ascensão reta de 0 h (Ponto Vernal ou γ) a 24 h (O para L), AR ou fixas ao astro TSL = AR + AH

16 SESSÃO REMOTA: UTS Web 'Apontar e Integrar'

17 SESSÃO REMOTA: UTS Web 'Opções' (para nomear os arquivos das imagens)

18 SESSÃO REMOTA: UTS Web 'Arquivo'

19 SESSÃO de OBSERVAÇÃO ASTRONÔMICA REMOTA: modo de operação II programas da Bisque Software TheSky 5 (ou TheSky 6 Professional)

20 SESSÃO REMOTA: programas da Bisque Software CCDSoft 4

21 EXEMPLOS DE ATIVIDADES DIDÁTICAS Adote uma constelação Captura de imagens das 5 estrelas mais brilhantes de uma dada constelação Acrux: do Cruzeiro

22 Constelações do Centauro e Cruzeiro do Sul Alfa do Centauro (Sistema 4,3 anos-luz c/ 1 LuminosidadeSol e 1 RaioSol 4 bilhões de anos Caixa de Jóias ~ anos-luz 15 milhões de anos Alfa do Cruzeiro (Sistema 321 anos-luz c/ LSol e 8 RSol milhões de anos Fonte da fotografia:

23 As 88 constelações astronômicas ilustram figuras aparentes apenas no plano do céu e são mutáveis : constelação do Cruzeiro do Sul S. M. de Freitas (in memorium, Fund. Plan. RJ) Gacrux ou Rubídea: 88 anos-luz Crux: 364 anos-luz Mimosa: 353 anos-luz Terra Intrometida: 228 anos-luz Acrux: 321 anos-luz

24 O aspecto do céu noturno muda ao longo do ano devido à translação da Terra em torno do Sol (figura fora de escala) Virgem Balança ou Libra Câncer Leão Gêmeos Touro 21/março 21/dezembro Áries ou Carneiro Escorpião 21/junho 21/setembro Ofiúco Peixes Sagitário Capricórnio Aquário

25 EXEMPLOS DE ATIVIDADES DIDÁTICAS Um passeio pelo céu Captura de imagens de astros diversos Júpiter Saturno aglomerado Centauro Nebulosa da Lagoa galáxia M 83

26 Constelações do Escorpião e Sagitário 600 anos-luz c/ LSol e 700 RSol M 20 M 22 M6 M7 700 anos-luz c/ LSol e 10 RSol Fonte da fotografia:

27 EXEMPLOS DE ATIVIDADES DIDÁTICAS Relevo da Lua Conceitos de geometria e trigonometria ligados à iluminação pelo Sol Cratera Agrippa (Lua em 4 crescente) 1 minuto-de-arco ou 60 segundos-de-arco Medidas R tem-se tangente( = R/d R = tg( ). d sendo = 12 = 12/3600 d(l-t) = km d então R = 22,5 km 2R = diâmetro = 45 km

28 Fonte: Mar da Tranquilidade (Apollo 11, 1969) Mar do Néctar Mar da Fecundidade Montes Cáucasos Mar da Crise Cratera Eudoxus Mar da Serenidade Cratera Aristóteles Dr. fase André Milone (DAS-INPE) A Lua em quarto-crescente

29 A Lua Cratera Tycho Mar do Néctar Mar das Nuvens Mar das Nuvens Mar dos Humores Mar Marda do Fecundidade Néctar Cratera Mar da Copérnico Mar da Fecundidade Mar do Oceano Tranquilidade Cratera Vapor Procellarum Mar da Copérnico Mar da Cratera Crise Mar Mardo da Tranquilidade Kepler Vapor Serenidade Mar da Mar Imbrium Crise Mar da Cratera Serenidade Aristarco Mar Imbrium Cratera Platão Cratera Aristóteles Cratera Platão Cratera Aristóteles Crédito da imagem: Akira Fujii / DMI A Lua, o único satélite natural da Terra, é o astro mais próximo de nós, situada a uma distância média de Km. É também o único astro já visitado pelos seres humanos. A imagem ao lado é da Lua cheia, que ocorre quando ela está na posição oposta ao Sol em sua órbita. A Lua não possui atmosfera, atividades internas, água líquida e nem tampouco vida. A superfície da Lua quase não muda com o tempo. Estas características têm a vantagem de que os cientistas podem estudar na superfície da Lua eventos cósmicos que ocorreram há bilhões de anos, o que não pode ser feito na Terra.

30 EXEMPLOS DE ATIVIDADES DIDÁTICAS Movimento dos satélites (galileanos) de Júpiter Conceitos de geometria & movimentos circular/harmônico + 3a Lei de Kepler 3ª Lei de Kepler (Período)2 = cte. (distância)3 29/junho/ /junho/ /julho/2004

31 ATIVIDADE OBSERVACIONAL PILOTO Movimento (próprio) de um asteróide APLICADA com estudantes da 8a Série do Ensino Fundamental como TCC Escola Moppe (SJC-SP), orientação Dr. Carlos Alexandre Wuensche (INPE) Sem necessidade de filtros e integrações longas Mede-se velocidade angular (instantânea e relativa ao observador!) Pode-se medir paralaxe & distância Conceitos de trigonometria Distância e/ou velocidade linear tangencial à linha de visada Conceito de velocidade angular Velocidades médias da Terra e asteróide (radial e tangencial) 3ª Lei de Kepler e conceitos de cinemática bi-dimensional Thetis: 31/agosto/2004 Iris: 01/julho/2004

32 ATIVIDADE OBSERVACIONAL PILOTO Movimento de um asteróide Iris: 01/julho/2004 E N Δr ou Δθ Δy ou Δδ Δx ou Δα. cos δ Medidas Δθ2 = (Δα. cos δ)2 + Δδ2 ou Δr2 = Δx2 + Δy2 Δθ = Δr. escala-angular μ = Δθ/Δt (arcsec/s) Δt = s ΔX = +139,6 pixels ΔY = -39,5 pixels Δα. cos δ = +92,1 arcsec Δδ = -26,1 arcsec Δθ = 95,7 arcsec μ = 0,0114 arcsec/s Vtangencial (relativa-a-terra) = (μ/ ). (distância-ao-observatório) Vtg = 24,2 km/s

33 ATIVIDADE OBSERVACIONAL PILOTO Movimento de um asteróide Iris: 01/julho/2004 Outros resultados: Velocidades médias da Terra e asteróide (radial e tangencial): 3ª Lei de Kepler (Período-de-translação)2 = cte. (distância-média-ao-sol)3 Assume-se órbitas circulares e co-planares <vtot>= 2πd/P Decomposição das velocidades instantâneas Vtg 20 km/s Vr 30 km/s

34 Um passeio pelo céu! Um aglomerado galáctico de estrelas: Caixa de Jóias, NGC4755 Caixa de Jóias ~ anos-luz 15 milhões de anos Imagem do Miniobservatório do INPE

35 Um passeio pelo céu! Planeta Netuno e seu satélite Tritão: em 12/08/2005

36 Um passeio pelo céu! Um aglomerado galáctico de estrelas com nebulosidade: da Águia ou Messier 16 A Nebulosa da Águia é uma grande nebulosa de emissão na qual estão se formando estrelas. Como resultado desse processo surgiu o aglomerado de estrelas "M16", que pode ser visto na imagem. Os gases e a poeira da nebulosa permeiam o aglomerado. A região mais clara e difusa ao centro é um local onde os gases da nebulosa estão emitindo luz, energizados pela radiação das jovens estrelas. Existem outras regiões mais escuras, como a que aparece na parte superior à direita (conhecida como "tromba de elefante"), que são locais de grande concentração de gás e poeira, onde deverão nascer novas estrelas. Imagem do Miniobservatório do INPE Mais imagens dessa nebulosa e do aglomerado de estrelas M16 podem ser vistas em: A Nebulosa da Águia está a uma distância de cerca de anosluz.

37 Um passeio pelo céu! Um aglomerado globular de estrelas: Ômega do Centauro, NGC 5139 Imagem do Miniobservatório do INPE

38 Um passeio pelo céu! Uma nebulosa: Grande Nebulosa de Órion, Messier 42 ou NGC1976 Imagem do Miniobservatório do INPE

39 Um passeio pelo céu! Outra nebulosa: da Trífida ou Messier 20

40 Um passeio pelo céu! Uma nebulosa planetária: do Anel, M57

41 Um passeio pelo céu! Uma galáxia espiral vista de topo: Messier 83 Imagem do Miniobservatório do INPE

42 Um passeio pelo céu! Uma galáxia espiral vista de lado: do Escultor ou NGC253 A Galáxia do Escultor é uma galáxia espiral e é vista quase que lateralmente, como mostra a imagem ao lado. Sendo uma das mais brilhantes galáxias espirais, pode ser facilmente vista com um bom binóculo. A Galáxia do Escultor é o maior membro do Grupo de Galáxias do Escultor, o grupo mais próximo do nosso Grupo Local de Galáxias. A Galáxia do Escultor está a cerca de 10 milhões de anosluz de distância, na direção da constelação do Escultor. Imagem do Miniobservatório do INPE Mais imagens desta galáxia podem ser vistas em:

43 Imagens do Miniobservatório: composições RGB Lua: cratera Triesnecker Marte: cratera Agrippa 01-Set Set Out-03 Júpiter: 26-Maio-04 Saturno: 27-Maio-04 Urano: 03-Out-03

44 Imagens do Miniobservatório: composições RGB Aglomerado globular de estrelas M71 Nebulosa planetária do Halteres Galáxia de Andrômeda Aglomerado globular 47 Tucano Nebulosa da Trífida Nebulosa de Órion Galáxia do Escultor

45 EQUIPE do MINIOBSERVATÓRIO do INPE André Milone (Coordenador) Ana Maria Zodi Carlos Alexandre Wuensche Cláudia Rodrigues Francisco Jablonski René Laporte Marcos Okada Bolsista PCI/MCT em fase de seleção Estudantes da Pós-graduação em Astrofísica do INPE: Éder Martioli, Júlio Tello & Marina Trevisan Página Web:

46 Configuração óptica de uma luneta astronômica: uso visual! F 2 D1 eixo óptico D2 D1 objetiva F1 ocular imagens ampliadas e invertidas plano focal objetos no infinito Ampliação da imagem (uso visual!) = F1 F2 Poder resolutor (segundos-de-arco!) = 2 x 105 ( D1) D2 diâmetro médio da pupila no escuro Poder de captar luz área da objetiva EXEMPLO Binóculo 10x50 Diâmetro da objetiva = 50 mm Área coletora = 100x a do olho (m = molho+ 5!) max Imagem: aumento=10 vezes e tamanho=5 mm Resolução angular=2 (R$1@2600m ou 4km@Lua! )

47 MINIOBSERVATÓRIO ASTRONÔMICO Câmera astronômica ST-7XE (SBIG) com 2 CCDs (principal de 765 x 510 pixels e outro de guiagem), um redutor focal, filtros LRGB & um focalizador motorizado Direta com roda de filtros: campo de 8,5 x 5,6 arcmin e escala de 0,66 arcsec/pix Com redutor e sem roda de filtros: 17 x 11 1,33 arcsec/pix Projeção afocal com roda de filtros: 1,5 x 1 0,1 arcsec/pix (Lua e discos planetários!) Espectrógrafo SGS (SBIG) c/ 2 redes de difração e 2 fendas ( Å) Sistemas de controle & aquisição dos dados em Windows e Linux