Astronomia de posição (I)

Transcrição

1 Esfera celeste Constelações Bandeira Nacional Ângulos Sistemas de coordenadas esféricas Projeção da esfera no plano Coordenadas terrestres Coordenadas horizontais e equatoriais Astronomia de posição (I) Gastão B. Lima Neto Vera Jatenco-Pereira IAG/USP AGA semestre/2017

2 Esfera Celeste

3 Esfera Celeste Distância dos astros distância do horizonte 5 km (de pé, na beira do mar); raio da Terra: 6378 km; distância da Lua: km; do Sol: km. Astros estão infinitamente mais distante que qualquer objeto na Terra. L N S Out Spica Nov O Set Ursa Maior Regulus Ago Equador Celeste α Hidra Carina Castor Pollux Procion Via Láctea Jul Betelgeuse Orion Sírius Canopus Jun Aldebaran Rigel α Ceti Astros parecem estar em uma esfera, centrada no observador. β Centauri Cruzeiro do Sul α Centauri Pólo Sul Celeste Nuvens de Magalhães Achernar

4 A olho nu observamos: Esfera Celeste O Sol, a Lua e 5 planetas (Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter e Saturno); Cometas mais brilhantes; meteoróides que queimam na atmosfera (meteoros); Cerca de 5000 estrelas; A Via Láctea (nossa Galáxia); 3 galáxias: A Pequena e Grande Nuvens de Magalhães, e M31 (galáxia de Andrômeda). Como comunicar nossas observações com o resto da comunidade? Sistema de refêrencia e escala de medida de tempo. Onde e quando?

5 Esfera Celeste O objetivo da astronomia de posição ou astrometria é o estudo das posições dos astros na esfera celeste e de seus movimentos. Desde a pré-história, as sociedades têm um grande interesse pela posição e movimento dos astros. Estes movimentos, ligados aos ciclos naturais (dia e noite, estações do ano, etc.), regiam (e regem) as atividades econômicas (plantação e colheita, criação de animais, etc.). A necessidade de se localizar durante longas viagens, medir a passagem do tempo de modo cada vez mais preciso, estimulou o desenvolvimento tanto da astronomia como de outras ciências como a álgebra e a geometria. Um modo de localizar um evento ou objeto na esfera celeste é associá-lo a um padrão de estrelas.

6 Constelações Posição relativa das estrelas fixas na Esfera Celeste. Padrões motivados pela Mitologia ou semelhança com animais/objetos. Hemisfério Sul

7 Constelações Posição relativa das estrelas fixas na Esfera Celeste. Padrões motivados pela Mitologia ou semelhança com animais/objetos. Hemisfério Norte

8 Constelações Posição relativa das estrelas fixas. Grupo aparente de estrelas em uma região da esfera celeste. Asterismo: grupo de estrelas que formam um padrão aparente, geralmente reconhecível. Por exemplo, as Três Marias na constelação de Órion. Asterismos podem ser parte ou toda uma constelação, ou ainda agrupar estrelas de várias constelações. Mitologia: a identificação de grupos de estrelas com animais e divindades tem origem na Mesopotâmia (Suméria) há cerca de 5 mil anos atrás, durante a Idade do Bronze. Diferentes culturas tinham (têm) diferentes constelações.

9 Constelações Hemisfério Sul: cultura Babilônia/Grega/Romana/Europeia.

10 Hemisfério Sul Constelações Constelação da Ema Tupi-Guarani Ref.: Germano Afonso em

11 Constelações Posição relativa das estrelas fixas na esfera celeste. Divisão da esfera celeste em regiões pela UAI em 1928: 88 constelações, limites traçados em 1930 pelo astrônomo belga Eugène Delporte. Maioria vem da Mesopotâmia e da Grécia antiga, passando pela Europa renascentista. Uranografia ou cartografia estelar: mapeamento de estrelas, galáxias e outros objetos na esfera celeste. Exemplo: Uranographia de Johann Bode, 1801, detalhe Órion, Touro e Gemeos.

12 Constelações As estrelas são ordenadas segundo seu brilho aparente. Sistema proposto por Bayer em Geralmente, a mais brilhante é alfa (α), a segunda mais brilhante é beta (β), depois (γ), etc Quanto termina o alfabeto grego vem A, B, C, AA, AB, AC,. Constelação de Órion Exemplo de exceção: β Orionis (Rigel) é ~1,4 vezes mais brilhante que α Orionis (Betelgeuse). Outros exemplos onde α não é a estrela mais brilhante: Gêmeos, Libra, Hércules Pégaso e Sagitário.

13 Constelações Pode ser muito prático conhecer algumas constelações. Por exemplo, o Cruzeiro do Sul serve para nos orientarmos. Gama Crucis (Rubídea, ou Gacrux) Delta Crucis (Pálida) Constelação do Cruzeiro do Sul Crux Beta Crucis (Mimosa) Épsilon Crucis (Intrometida) Alfa Crucis (Estrela de Magalhães ou Acrux)

14 Constelações As estrelas em uma constelação não estão necessariamente próximas entre si e muito menos ligadas fisicamente! As estrelas se distribuem em 3 dimensões. A aparência das constelações depende do ponto de vista.

15 Constelações As estrelas não são realmente fixas: As constelações se alteram com o tempo pois as estrelas se movem pelo espaço. (1 segundo ~ 650 anos)

16 Constelações Movimento próprio das estrelas: movimento na Galáxia.

17 Constelações: bandeira do Brasil Céu visto do Rio de Janeiro em 15/11/1889, às 8h30 ORDEM E PROGRESSO (1) o Sol já estava acima do horizonte (2) o céu está invertido.

18 Constelações: bandeira do Brasil Céu visto do Rio de Janeiro em 15/11/1889

19 Ângulos Na esfera celeste, medimos distâncias e tamanhos dos objetos com ângulos: Distância angular; Tamanho angular. 360 graus correspondem a um círculo completo tamanho físico, d tamanho angular, θ distância, D Para a moeda de 1 Real, se D = 155 cm, então θ = 1

20 Ângulos 1 grau (1 ) se divide em 60 minutos de arco. 1 minuto (1 ) de arco se divide em 60 segundos de arco logo 1 = 60 = O olho humano pode distinguir até ~ 1. Com o braço estendido, uma mão aberta tem ~ 20 ; o polegar, tem ~ 2. tamanho físico, d tamanho angular, θ distância, D Para a moeda de 1 Real, se D = 93 m, então θ = 1'

21 Ângulos Devido à atmosfera, telescópios ópticos clássicos atingem uma resolução máxima de ~ 1. Telescópios com óptica ativa podem chegar a 0,1. O Telescópio Espacial Hubble tem resolução de 0,05. Rádio interferometria chega a 0,001. tamanho angular, θ distância, D tamanho físico, d Para a moeda de 1 Real, se D = 5,57 km, então θ = 1"; se D = 111 km, então θ = 0,05". se D = 5570 km, então θ = 0,001"

22 Comparação de tamanhos angulares aparentes: Ponta do Cruzeiro do Sul até o polo Sul celeste: ~27. Tamanho médio das constelações do zodíaco: ~ 30. Plutão: 0,1. M87: galáxia central do aglomerado de Virgo. M31: galáxia de Andrômeda. ω Cen: aglomerado globular (?). Diâmetros aparentes

23 Ângulos Bandeira de 1m 2 na Lua: ~ 0,0006 A sonda Lunar Reconnaissance Orbiter, que orbitou a Lua tirou fotos da bandeira em A 50 km de altitude, ângulo da bandeira ~ 4.

24 Sistema de coordenadas esféricas Principais elementos:

25 Sistema de coordenadas esféricas Precisamos de apenas dois ângulos: λ e δ (por exemplo). δ é medido a partir do círculo principal; positivo em direção ao polo norte. λ é medido a partir da origem, ao longo do círculo principal; o sinal depende da convenção adotada. Ignoramos por enquanto a coordenada radial, r.

26 Sistema de coordenadas esféricas Exemplo: Terra. δ latitude; λ longitude. origem: meridiano de Greenwich. círculo principal: equador. equador

27 Projeção de uma esfera no plano Deforma superfície e/ou ângulos: p.ex. projeção de Mercator: neste caso, o ângulo entre latitude e longitude é sempre 90 (como realmente são), mas a superfície (área é deformada)

28 Projeção de Mercator: detalhe próximo e distante do equador. Comparação entre o Alaska e o Brasil. Não pode ser usado para comparação de tamanhos!

29 Projeção de uma esfera no plano Deforma superfície e/ou ângulos: p.ex. projeção de Aitoff: neste caso, a área está correta, mas os ângulos estão deformados

30 z = Distância zenital A = Azimute h = Altura meridiano passa pelo zênite e nadir Sistema de coordenadas horizontais zênite (altura = 90 ) z horizonte (altitude = 0 ) h N A L W plano do horizonte do observador Nadir S

31 Sistema de coordenadas horizontais M Um astro M tem coordenadas h (altura) e A (azimute). h é positivo acima do horizonte; o ângulo A aumenta da seguinte maneira: S (0 ) W (90 ) N (180 ) E (270 )

32 Sistema de coordenadas horizontais h A Um astro M tem coordenadas h (altura) e A (azimute). 90 h +90 ; 0 A 360 O horizonte astronômico do sistema de referência não coincide com o horizonte geográfico (relevo).

33 Sistema de coordenadas horizontais h A As coordenadas dos astros variam ao longo do dia (movimento diário). Azimute dos astros aumenta (até 360 ). Este sistema de coordenadas depende da posição do observador.

34 Sistema de coordenadas equatoriais Intersecção do equador celeste com a eclíptica é chamado equinócio vernal ou primeiro Meridiano principal Polo norte celeste M Equador celeste ponto de Áries, símbolo γ. Eclíptica é a trajetória aparente do Sol na esfera celeste durante um ano. Eclíptica Sol neste ponto: início do outono no hemisfério Sul e da primavera no Norte. Polo sul celeste Plano Principal: projeção do equador terrestre na esfera celeste o equador celeste. Prolongamento do eixo de rotação da Terra até os polos celestes. Ângulos α (ascensão reta) e δ (declinação). Origem: equinócio vernal ou ponto de Áries.

35 Sistema de coordenadas equatoriais Polo norte celeste M Meridiano principal Equador celeste Eclíptica Polo sul celeste Ascensão reta (medido na direção Leste) é por convenção medido em horas: 1 hora = 15 graus 24h = 360 Durante um ano, a ascensão reta do Sol aumenta. Declinação é positiva na direção do polo celeste Norte e negativa em direção ao polo celeste sul. As coordenadas equatoriais das estrelas praticamente não se alteram.

36 Polo sul celeste Sistema de coordenadas equatoriais Eclíptica Equador celeste Trajetória do Sol ao longo do ano. Estações do ano (hemisfério Sul): Meridiano principal Polo norte celeste M Equador celeste início do outono : α = 0 h, δ = 0 início do inverno : α = 6 h, δ = +23,44 início da primavera: : α = 12 h, δ = 0 Eclíptica início do verão : α = 18 h, δ = 23,44