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INTRODUÇÃO À ASTRONOMIA(AGA210)
Introdução
Enos Picazzio
IAGUSP
1o. Sem/ 2006
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)
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)
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?
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)
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, 520-460 a.C.)
Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)
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?
Verdade Científica
Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)
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!
Verdade Científica
Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)
Imprecisão CientíficaEntretanto, 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)
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
Ramos da AstronomiaAstronomia 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
• Em ciência usamos números muito grandes (MACRO) e muito pequenos (MICRO):
•• MUITO GRANDESMUITO GRANDES
– por exemplo, a massa do Sol:2 bilhões de bilhão de bilhão de toneladas!2.000.000.000.000.000.000.000.000.000 ton
1 mil = 10001 milhão = 1000 mil = 1 000 0001 billion = 1000 milhão = 1 000 000 000
• Usando potências de dez:– 1 mil = 1000 = 103
– 1 milhão = 1.000.000 = 106
– massa do Sol = 2 x 1027 ton
Potências de Dez
Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)
Potências de Dez100 = 1
101 = 10
102 = 10 x 10 = 100
103 = 10 x 10 x 10 = 1000 ...................................... MIL
104 = 10 x 10 x 10 x 10 = 10.000
105 = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = 100.000
106 = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = 1.000.000 ......... MILHÃO
109 = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 =
= 1.000.000.000 .................................................... BILHÃO
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• Em ciência usamos números muito grandes (MACRO) e muito pequenos (MICRO):
•• MUITO PEQUENOSMUITO PEQUENOS
– raio de um átomo é cerca de:1 décimo de bilhonésimo de metro1/10.000.000.000 m0.0000000001 m
• Usando potências de dez:– 1 milhonésimo = 1/1.000.000 = 10-6
– raio de um átomo = 10-10m
Potências de Dez
Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)
100 = 1 = 1
10-1 = 1/10 = 0,1 101 = 10
10-2 = 1/100 = 0,01 102 = 100
10-3 = 1/1000 = 0,001 103 =1000
10-4 = 1/10.000 = 0,0001 104 = 10.000
10-5 = 1/100.000 = 0,00001 105 = 100.000
10-6 = 1/1.000.000 = 0,000001 106 = 1.000.000
Potências de Dez
Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)
Sistema Métrico
• Medidas: DimensãoDimensão
– Distância: metro [L][L]
– Tempo: segundo [T][T]
– Massa: kg [M][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)
Unidades Métricas1ng = 1 nanograma = 10-9g = 1 bilhonésimo de grama1mg = 1 micrograma = 10-6g = 1 milhonésimo de grama1mg = 1 miligrama = 10-3g = 1 milésimo de grama1cg = 1 centigrama = 10-2g = 1 centésimo de grama1dg = 1 decigrama = 10-1g = 1 décimo de grama1g = 1 grama = 100g = 1 grama1kg = 1 kilograma = 103g = 1 mil gramas1Mg = 1 megagrama = 106g = 1 milhão de gramas1Gg = 1 gigagrama = 109g = 1 bilhão de gramas
1ns = 1 nano-segundo = 1 bilhonésimo de segundo1cm = 1 centímetro = 1 centésimo de metro
Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)
Medidas Astronômicas - ângulos
λ Grau: há 360o num círculoλ Minuto de arco: há 60’ em 1o
λ Segundo de arco: há 60” em 1’
Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)
• 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
Medidas Astronômicas - ângulos
Chapter 1,Astronomy and the Universe, Kelle Slater
Chapter 1,Astronomy and the Universe, Kelle Slater
Chapter 1,Astronomy and the Universe, Kelle Slater
Tente estimar o tamanho angular
aproximado deste disco
Chapter 1,Astronomy and the Universe, Kelle Slater
Medida Angular para ângulos pequenos
1º = 60 arcmin = 60’
1’ = 60 arcseg = 60”
Chapter 1,Astronomy and the Universe, Kelle Slater
Lua: dimensões angulares
0.50.5ºº = 30 = 30 arcminarcmin
0.050.05ºº = 3 arc= 3 arcminmin
Mar da Tranquilidade(pouso da Apollo 11 )Cratera
Tycho Brahe 0.3 arcmin = 18 arcsegChapter 1,Astronomy and the Universe, Kelle Slater
Fórmula para ângulos pequenosD = tamanho linear do objetoA = tamanho angular do objeto (em arcseg)d = distância do objeto206265
dD
Α ×=
Chapter 1,Astronomy and the Universe, Kelle Slater
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?
D = 48,6” x 609.000.000 km / 206206 = 143.000 km
Fórmula para ângulos pequenos D = tamanho linear do objetoA = tamanho angular do objeto (em arcseg)d = distância do objeto206265
dD
Α×=
Chapter 1,Astronomy and the Universe, Kelle Slater
Unidade Astronômica (UA) = Distância da Terra ao Sol =
1,496 x 108km ~ 150 milhões de km
Medidas Astronômicas - distâncias
Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)
Ano Luz (AL): distância percorrida pela luz em um ano
= 300.000 km/s ×× 365,24 d ×× 24 h ×× 60 m ×× 60 s
= 9,42 x 1012 km = 63000 UA
Medidas Astronômicas - distâncias
Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)
veloc. luz ano dia hora minuto
Parsec = distância na qual 1 UA é vista sob um ângulo de 1”(segundo de arco)
≈≈ 3,6 AL
Medidas Astronômicas - distâncias
Astro 1010, Introduction to Astronomy, Aigen Li, (Univ. Missouri, 20 January 2006)
Tamanho e Escala
Tamanhos Relativos
e Escala de Distância
dos objetos
astronômicos
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
N GC 2300
M KW 4
316NGC 1023
31~10M66 + M96
255M101
11 17Centaurus
6 6Sculptor
108M81
Distâncias(milh A.L.)
Número deMembros
GrupoNome
Alguns Grupos Próximos
O Grupo Local
• ~ 30 galáxias• Andrômeda é a maior • Via Láctea é a 2a. • Nuvens de Magalhães
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
Propriedades dos aglomerados
• 1000 – 10.000 vezes a massa da Via Láctea
• Diâmetros de até 30 milhões A.L.• Contém gde quantidade de matéria
escuraAglomerado de VirgemDistância: 50 milhões A.L.250 grandes/2000 pequenasDiâmetro ~10 milhões A.L.
Aglomerado de Coma Distância: 300 milhões A.L.
10.000 galáxias (maioria pequena)Diâmetro ~ 20 milhões A.L.
Grupos, Aglomerados e
Superaglomerados de galáxias
Hercules
CentaurusComa
Perseus
Gravidade une os aglomerados
galáxias não são as maiores
estruturas no Universo
Aglomerados
Superaglomerado de Virgem
Superaglomerado local
Escala: ~ 40 milhões de A.L. = 30 vezes o raio do Grupo Local
Galáxias e aglomerados de
galáxias localizadas em estruturas que
guardam grandes espaços
praticamente vazios.
O mapa mostra apenas
aproximadamente um décimo
quinto dodiâmetro do
universo visível.
Raio: 1 bilhão de A.L.
Os superaglomerados vizinhos
O Grande Atrator
•Corrente na direção de Centaurus•Um “rio de galáxias” fluindo a ~600 km/s•Massa de ~100.000 vezes maior que a massa da Via Láctea•Maior parte de matéria escura (sem contrapartida óptica)
Medidas de velocidades do superaglomerado local e outros “próximos”
A Grande Muralha
• A maior estrutura conhecida• 280 x 700 milhões A.L. em tamanho• menos que 20 milhões A.L. de espessura
Vista obscurecida pela Via Láctea
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?
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
O Universo Visível
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).
Escala: ~ 14 bilhões de A.L.
Dimensão (m) Massa (kg) Densidade (kg/m3) Temperatura (K)
Dimensão (m) Massa (kg) Densidade (kg/m3) Temperatura (K)
http://www.krysstal.com/scale.html
A Escala do Universo
http://www.krysstal.com/scale.html
A Escala do Universo
http://www.krysstal.com/scale.html
A Escala do Universo
http://www.krysstal.com/scale.html
A Escala do Universo
A Escala do Universo
http://www.krysstal.com/scale.html
Tudo se move!Terra gira sobre seu eixo: > 1.000 km/h
Terra gira ao redor do Sol: > 100.000 km/h
Sistema Solar se move entre as estrelas: ~ 70.000 km/h
Via Láctea gira: ~ 800.000 km/hr
Via Láctea se moveno Grupo Local
Universoexpande