Nascer e Ocaso dos Astros

Transcrição

1 Nascer e Ocaso dos Astros Incluindo refração atmosférica J. Melendez, baseado no Prof. R. Boczko IAG-USP

2 Astro puntiforme Sem refração Astro extenso Sem refração Astro puntiforme Com refração Astro extenso Com refração Estudo do nascer e do ocaso de um astro

3 Motivo do Nascer do Sol Visto do hemisfério Sul Translação Oeste Leste Horizonte Sol PS

4 Nascer e ocaso de astro puntiforme sem considerar a refração Casos a serem considerados Astro puntiforme sem refração Astro extenso sem refração Astro puntiforme com refração Astro extenso com refração

5 Passagem meridiana Z PS Nascer e Ocaso de um astro observador E Nascer no HS N S Condição de nascer e de ocaso: W Y Ocaso h = 0 ou z = 90 o

6 Passagem meridiana Z PS Azimutes do nascer e do ocaso nos E Nascer diferentes N A N A N A O S hemisférios Z W Ocaso PN Passagem meridiana Y Nascer E A N : Azimute Nascer A O : Azimute Ocaso A Ocaso = 360 o - A Nascer N A N A N A O S Ocaso W

7 Passagem meridiana N H O H N Z E PS Nascer Simetria do nascer e do ocaso S com relação ao meridiano local W Ocaso PN Nascer E Z Passagem meridiana Y H N N H O S H Ocaso = - H Nascer Ocaso W

8 Azimute e Hora do nascer e do ocaso de um astro

9 Triângulo Z esférico no ocaso PN 360-A de um astro H Z j PN H 360-A 90 o - d 90 o N Horizonte 90 o - d 90 o d W Y

10 Azimute do Nascer e do Ocaso PN H cos a = cos b. cos c + sen b. sen c. cos A Z Q a = 90 d b = z = 90 (distância zenital) c = 90 j A = 360 A cos (90-d) = cos z. cos(90-j) + sen (90-j). sen z. cos (360-A) cos (90-d) = sen (90-j). cos (360-A) sen d = cos j. cos A cos A = sen d / cos j 0 A 180 o No Nascer: A = A No Ocaso: A = 360 o - A

11 Ângulo horário no nascer e no H Z ocaso PN cos a = cos b. cos c + sen b. sen c. cos A Q cos z = cos (90-j). cos (90-d) + sen (90-j). sen (90-d). cos H 0 = sen j. sen d + cos j. cos d. cos H cos H = - sen j. sen d / cos j. cos d cos H = - tan j. tan d 0 H No Ocaso: H o = H No Nascer: H n = - H

12 Nascer e ocaso de astro extenso sem considerar a refração Casos a serem considerados Astro puntiforme sem refração Astro extenso sem refração Astro puntiforme com refração Astro extenso com refração

13 Ocaso do Sol num equinócio Temos que considerar o diâmetro angular do astro!

14 Distância zenital de um astro extenso no Nascer e Zênite no Ocaso z = s s(sol) ~ s(lua) ~ 16 z Aparecimento ou desaparecimento do bordo superior Observador Terra s s: Semidiâmetro angular aparente Horizonte

15 Triângulo esférico Z no ocaso de um j PN H 90 o - d 360-A z astro extenso Sol: z = 90 o 16 Lua: z = 90 o 16 Estrelas: z = 90 o 00 N d W Semidiâmetro angular s (= 16 para Sol e Lua) Y

16 Dispersão, refração e crepúsculos

17 Simulação de cintilação

18 Cintilação Estrela Trajetória na atmosfera mais comprida: Muita cintilação Trajetória na atmosfera mais curta: Pouca cintilação Atmosfera

19 Imagem de sistema binário (sem correção) Com ótica adaptativa

20 Ótica adaptativa Centro da nossa Galáxia

21 Dispersão da luz na atmosfera da Terra

22 Por que o céu é azul?

23 Decomposição da Luz Espectro contínuo

24 Sol Cor do céu Limite da atmosfera O céu, visto da Terra, é azul porque nossa atmosfera dispersa, predominantemente, o azul Rayleigh scattering

25 Dispersão Dispersão da luz na atmosfera D Fórmula de Rayleigh para a dispersão seletiva na atmosfera D = k / l 4 onde n: índice de refração N: densidade moléculas 0 Cor da radiação l

26 Refração da luz

27 Refração Meio de propagação 1 Luz Refração é a passagem da luz de um meio para outro Meio de propagação 2

28 Índice de refração n Vácuo (n =1) c c : vel. luz no vácuo n v n c / v Meio de propagação n 1

29 Normal Normal Snell Descartes Lei de Snell-Descartes n 1. sen i = n 2. sen r Meio de propagação 1 n 1 = c/v 1 Meio de propagação 2 n 2 = c/v 2 Dioptro i r Desvio refracional i r = i - r n 2 > n 1 n 2 < n 1

30 Índio pescando Luz passando da água para o ar Normal n ar < n água n água

31 Peixe caçando Luz passando do ar para a água Normal n ar n água > n ar

32 Refração atmosférica

33 Refração numa camada esférica Normal à superfície no ponto de incidência Raio incidente Atmosfera Real Terra Tangente à superfície no ponto de incidência

34 Refração em camadas Real Atmosfera Terra

35 Refração Atmosférica Visto Zênite O astro observado está, aparentemente, sempre mais alto do que o astro real. Atmosfera O Real Horizonte Terra

36 Influência da cor na posição observada de uma estrela Limite superior da atmosfera Atmosfera terrestre Solo Posição da imagem de uma estrela na foto em função de sua cor

37 Elementos na Refração Atmosférica Observado Zênite Atmosfera O Terra z r z o n v = 1 n a > 1 D (desvio) Real Horizonte

38 Refração supondo atmosfera hiper fina Observado Zênite z o D (desvio) z r Atmosfera hiperfina O Terra Atmosfera Real Horizonte D = z r - z o

39 Refração supondo atmosfera hiper fina Lei de Snell-Descartes n v. sen z r = n a. sen z o (Normal) Zênite Observado z o D (desvio refracional) z r Real Dioptro O n v Horizonte D z o n a D = z r - z o

40 Desvio refracional aproximado Lei de Snell-Descartes n v. sen z r = n a. sen z o n 1 n 1, (CNPT) Como: D = z r - z o z r = D + z o Aproximadamante: 1. sen z r = n a. sen z o Logo: sen (D + z o ) = n a. sen z o sen D. cos z o + cos D. sen z o = n a. sen z o Como D<<6 o sen D rad cos 1 Então: D. cos z o + 1. sen z n a. sen z o D. cos z n a. sen z o - sen z o (n a - 1). sen z o / cos z o (n a - 1). tan z o

41 Fórmulas práticas para o cálculo da refração atmosférica

42 Fórmulas práticas para o desvio refracional (dado: altura observada) z Para z 75 o (astros altos): Horizonte D = 0,00452 o (P/T) tan z Para z > 75 o (para astros perto do horizonte): D=(P/T)[0, ,0196h + 0,00002h 2 ] / [1 + 0,505h + 0,0845h 2 ] P = pressão atmosférica em mbar (1 atm = 1013,25 mbar) T = temperatura do ar em Kelvin (T = t + 273) t = temperatura do ar em Celsius h = h observado = 90 o - z observado

43 Fórmulas práticas para o desvio refracional (dado: altura real) z Para z 75 o (astros altos): Horizonte D = 0, o (P/T) tan z Para z > 75 o (para astros perto do horizonte): D=(P/T)[0, ,0137h + 0,00006h 2 ] / [1, ,4401h + 0,06542h 2 ] P = pressão atmosférica em mbar (1 atm = 1013,25 mbar) T = temperatura do ar em Kelvin (T = t + 273) t = temperatura do ar em Celsius h = h real = 90 o - z real

44 Ângulo de desvio refracional (min de arco) 36 D Ângulo de desvio refracional em função da altura do astro Dist. Zen h Horizonte h D 6 0 Horizonte Zênite Altura (h) Chão Zênite

45 Nascer e ocaso de astro puntiforme considerando a refração Casos a serem considerados Astro puntiforme sem refração Astro extenso sem refração Astro puntiforme com refração Astro extenso com refração Observado Real

46 Refração no Nascer e no Zênite Ocaso Visto Real Observador Terra 34 Horizonte r: Desvio angular devido à refração z = r

47 Azimute e ângulo horario do nascer e do ocaso considerando a refração

48 Triângulo esférico no ocaso Z Efeito refracional z = r Estrelas: z = 90 o 34 PN H 360-A j N 90 o - d z Observado Real d W Y

49 Crepúsculos kreper (latim) = escuro usco = diminutivo latino crepúsculo = escurinho

50 Entardecer

51 Ocaso do Sol

52 Crepúsculo luz solar que segue o pôr do Sol ou antecede o nascer do Sol

53 Islândia Oceano Atlântico Inglaterra França Espanha Itália Sentido do deslocamento da sombra ÁFRICA Dia e noite

54 Obtida pela ISS em 2001 jun Crepúsculo

55 Dispersão e Crepúsculo O crepúsculo é o resultado da dispersão da luz solar nas altas camadas da atmosfera. Zênite Dispersão da luz na alta atmosfera Horizonte Terra < 18 o

56 Início do crepúsculo

57 Crepúsculo

58 Iluminamento numa placa plana horizontal [lux] Iluminação durante os crepúsculos Dia Crepúsculo civil Crepúsculo náutico Crepúsculo astronômico Noite 1 Lua Cheia no zênite 0,1 0,01 0,001 Distinção de cores Horizonte Contribuição da luz estelar é maior que a da luz solar Placa 0, Altura do centro do Sol

59 O olho humano

60 Retina A retina do olho humano Visão Central Células Cone Sensíveis à luz intensa Distinção das cores Visão diurna Retina Visão Periférica Células Bastonete Sensíveis à luz tênue Não distinguem cores Visão noturna

61 Sensibilidade Sensibilidades do olho humano dependendo da intensidade luminosa Visão noturna Visão diurna Retina 0,4 l 0,7 Fenômeno Pourquinier = deslocamento do máximo de sensibilidade

62 Na retina há 2 tipos de células responsáveis pelo sentido da visão B A S T O N E T E CONE Sistema fotométrico do olho Curva de absorção da rodopsina (bastonete) Curvas de absorção dos pigmentos na visão de cone

63 Crepúsculos e alturas do Sol

64 Z Distância Zenital z no Início e no Fim de cada Crepúsculo Z Sol Oeste Horizonte 90 o 50 Civil 96 o Náutico 102 o Astronômico 108 o 6 o 6 o 6 o Noite 6 o 6 o 6 o Leste 90 o 50 Civil 96 o Náutico 102 o Astronômico 108 o Vespertino Matutino

65 Nascer e ocaso de astro extenso considerando a refração Casos a serem considerados Astro puntiforme sem refração Astro extenso sem refração Astro puntiforme com refração Astro extenso com refração Observado Real Real

66 Lua no horizonte

67 Refração no Nascer e no Zênite Ocaso Comparando com objeto puntiforme Visto Real Observador Horizonte Terra Visto s: Semidiâmetro angular aparente r: Desvio angular devido à refração Real z centro = s + r

68 Azimute e ângulo horario do nascer e do ocaso considerando a refração

69 Triângulo esférico Z no ocaso do PN H 360-A astro j 90 o - d z N Observado Real d Y W Sol: z = 90 o 50 Lua: z = 90 o 50 Estrelas: z = 90 o 34

70 Gráficos dos crepúsculos do Sol ao longo do ano em São Paulo

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72 Qual a duração dos crepúsculos

73 cos H = - tan j. tan d Intervalos de tempo Crepúsculos matutinos Dia claro Crepúsculos vespertinos Nascer Ocaso Madrugada Crep. Astronômico Crep. Náutico Crep. Civil Crep. Civil Crep. Náutico Crep. Astronômico Noite z=108 0 H A T A z=102 0 H N T N z=96 0 H C T C z= H nascer T nascer z= H ocaso T ocaso z=96 0 H C T C z=102 0 H N T N z=108 0 H A T A Intervalo desejado = T Final - T Inicial

74 cos H = - tan j. tan d Qual a duração da noite nos polos?

75 Declinação + 23,5 o Declinação do Sol ao longo do ano 22 jun 0 jan g 21 mar jun PN 23 set W dez W g PS 22 dez - 23,5 o

76 Declinação + 23,5 o Altura do Sol ao longo do ano no Polo Norte h real = + d real 22 jun Observador no Pólo Norte: Latitude +90 o PN Z Horizonte = Equador Os pontos cardeais não estão definidos 0 jan g 21 mar jun PN 23 set W dez W - 23,5 o g PS 22 dez

77 Altura + 23,5 o Altura do Sol ao longo do ano no Polo Sul Observador no Pólo Sul: Latitude -90 o PS Z 22 dez 0 jan g 21 mar Os pontos cardeais não estão definidos Horizonte = Equador jun PN 23 set W dez W - 23,5 o h real = - d real g PS 22 jun

78 Altura do Sol real Crepúsculos no Polo Sul +23,5 o 22 dez 22 dez o -12 o -23,5 o 21 mar 23 mar g 5 abr 21 abr 155 dias -18 o 82 dias Noite 11 mai Horizonte 182 dias 112 dias 22 jun 1 ago 7 set 21 ago 23 set 21 set Crepúsculo Civil Crepúsculo Náutico Crepúsculo Astronômico

79 F i m