continguts - serviastroserviastro.am.ub.edu/.../gaudirub2016/gaudirub_tema1.pdf · 2016. 6. 29. ·...
TRANSCRIPT
Continguts
• Definició d’Astronomia • (Molt) Breu revisió històrica dels principals astrònoms
(occidentals) i les seves contribucions
• Planetes, estrelles i galàxies • La xarxa còsmica • Implicacions de la Relativitat
• Les eines de l’Astronomia
Què es l’Astronomia?
L’Astronomia és la disciplina científica que
estudia els objectes celestes (com ara
planetes, estrelles, galàxies,...) així com
les lleis naturals que regulen les seves
propietats. Conjuga observació, teoria i
experimentació.
Basada actualment a la Física i les
Matemàtiques, l’Astronomia es va nodrir
en altres temps de la filosofia, de la religió
i fins i tot de l’esoterisme.
El κόσμος dels filòsofs grecs
Principals contribucions dels
filòsofs-científics grecs:
• Demòcrit: la Via Làctia és un
aglomerat d’estrelles;
• Aristarc: la Terra gira al voltant
del Sol y diàriament sobre el
seu eix;
• Eratòstenes: amida la
circumferència terrestre – dia
de traspàs – diàmetre del Sol >
diàmetre terrestre;
• Hipparc: precessió dels
equinoccis – 1er catàleg
integral d’estrelles (inclou 48
constel·lacions).
El model Ptolemàic (s.II dC) (una teoria és tan bona com els seus poders predictius)
Model geocèntic i finit basat
en les idees d’Aristòtil que
utilitza epicicles, equants i
deferents:
Moviment retrògrad del planeta Mart al llarg de
la segona meitat de l’any 2003
Els ‘errants’
Els astrònoms de la Unió Astronòmica
Internacional (UAI) van votar i van
aprovar la primera definició científica
d'un planeta a l'agost de 2006. D'acord
amb aquesta nova definició, un objecte
ha de complir tres criteris per ser
classificat com un planeta. En primer
lloc, ha de orbitar al voltant del Sol. En
segon lloc, ha de ser prou gran com
perquè la gravetat li permeti adquirir
una forma esfèrica. I en tercer lloc, ha
d'haver netejat el seu veïnat orbital.
Els vuit planetes
Plutó és un
planeta nan
Les mides dels planetes a escala
Les òrbites dels planetes a escala
• Els cossos petits i gelats
que es troben més enllà
de l’òrbita de Neptú es
coneixen com objectes
transneptunians.
• S’han descobert diversos
centenars. Un d’ells, Eris,
és tan gros com Plutó.
• Els plutins són cossos
que orbiten el Sol seguint
òrbites molt similars a les
de Plutó.
Vostè és aquí
La revolució Copernicana (s.XVI) (no es pot afirmar que una teoria és veritable, però sí trobar
errades que la falsifiquin)
Copèrnic 1473-1543 Kepler 1571-1630
La revolució Copernicana (s.XVII)
Galileu 1564-1642 Newton 1642-1727
Les estrelles
Una estrella és una esfera lluminosa de plasma (gas de
partícules positives i negatives deslligades) que es
manté unida per la seva pròpia gravetat. Durant la major
part de la seva vida les estrelles brillen a causa de la
fusió termonuclear de l'hidrogen en heli en el seu nucli,
alliberant energia que travessa l'interior de l'estrella i
després s'irradia cap a l'espai exterior.
L'estrella més propera a la Terra és el Sol. Altres
estrelles són visibles a simple vista des de la Terra
durant la nit, formant una multitud de punts lluminosos
fixos al cel a causa de la seva immensa distància de la
Terra.
El Sol
Mides d’estrelles a escala
Evolució estel·lar
Un forat negre és una regió de l'espai-temps amb un
camp gravitatori tan intens que res — incloent les
partícules i la radiació electromagnètica com la llum —
pot escapar del seu interior.
Les ‘veïnes’ del Sol
L’Astronomia moderna (s. XX-) (NO ocupem un lloc privilegiat en l’univers)
Hubble 1889-1953 Einstein 1879-1955
Una galàxia és un sistema d’estrelles, gas i pols units
gravitatòriament i envoltats per un halo molt extens i
massiu fet de matèria fosca freda —matèria exòtica que
no emet radiació— i que també conté gas calent. La
paraula galàxia deriva del terme grec galaxias
(γαλαξίας), literalment "lletosa", en referència a la Via
Làctia.
La Via Làctia: la nostra Galàxia
↑
El Sol
L’univers és ple de galàxies!
La xarxa còsmica
L’univers conté molta més matèria
de la que veiem (i no està formada per àtoms!)
Factors de conversió
1 UA = 149.597.871 km ≈ 8,32 minuts llum
1 al ≈ 63.241 UA ≈ 9,5 × 1012 km
1 pàrsec (pc) ≈ 206.265 AU ≈ 3,086 ×1016 m ≈ 3,26 al
Exemples
El diàmetre medi de la Terra és de ~12.742,0 km.
La Lluna es troba a 384.400 km de la Terra.
Mart es troba 1,52 ± 0.14 UA del Sol.
Plutó es troba a 39,5 ± 9.8 UA del Sol.
El diàmetre del Sol és de ~1.400.000 km.
El diàmetre de Betelgeuse és de 5,5 AU (822.800.000 km).
Pròxima Centauri es troba a ~268.000 UA del Sol ≈ 1,29 pc
La distància del Sol al centre de la Via Làctia és de ~ 27.000 al ≈ 8 kpc.
El diàmetre de la Via Làctia és de ~100.000 al ≈ 30 kpc.
La galàxia d’Andromeda es troba a ~ 2,5 Mal ≈ 0.77 Mpc de nosaltres.
L’univers és extremadament buit
El Sol és un estel entre els més de 300 × 109 estels units entre sí per
forces gravitatòries que formen la Via Làctia.
Els astrònoms estimen que hi ha entre 100.000.000.000 i 200.000.000.000
de galàxies en l'univers.
Les estimacions del nombre total d'estrelles en l'univers observable van
des de ~5 × 1021 a ~3 × 1023.
La distància comòbil entre la Terra y el límit de l’univers observable és de
~1,4 × 109 pc ≈ 4,7 × 1010 al.
Actualment l'univers té una densitat de matèria-energia mitjana de 10-29
g/cm3 o al voltant de cinc àtoms d'hidrogen per metre cúbic.
Implicacions de la Relativitat
• Les lleis físiques són les mateixes a tot arreu.
• Les interaccions deixen de ser instantànies (com a molt es
propaguen a la velocitat de la llum en el buit, uns 300.000 km/s, que
és una constant universal).
• Les magnituds que mesurem depenen de la velocitat a què ens
movem.
• Espai i temps no són absoluts sino propis de cada observador.
• L’univers no té ni centre ni vores.
• L’univers és dinàmic: s’ha de expandir o contraure globalment; un
univers en expansió ocuparia en el passat un volum zero
(singularitat) a partir del qual va començar l’expansió ("Big Bang“).
• L’univers observable és finit i té una edat de 13.8 mil milions d'anys.
L’horitzó de partícules és la màxima distància que
pot haver viatjat la llum en l’edat de l’univers. Aquest
horitzó, que actualment es troba a 47 mil milions
d’anys-llum, limita el nostre univers observable o
volum de Hubble. L’expansió còsmica (a ritme
variable al llarg del temps) fa que aquest valor
tripliqui aprox. els 14 mil milions d’anys-llum que
s’obtindrien de multiplicar l’edat de l’univers per c.
Les eines de l’Astronomia
L’espectre electromagnètic
Els telescopis òptics
reflector
refractor
Característiques dels telescopis òptics
Obertura (potència): D2. Lligada a la sensitivitat: capacitat de
detectar objectes de baixa brillantor.
Resolució angular: distància angular mínima que permet veure dos
objectes puntuals separats
Criteri de Rayleigh:
Relació focal:
Amb N baix el camp de visió és gran i es capten fotons més ràpid,
però hi han més aberracions òptiques.
Augments:
Més augments limiten el camp de visió i la qualitat de les imatges.
D
22.1sin
D
fN
of
fM
El refractor de Yerkes de 40 polzades
El reflectors
professionals
La turbulència atmosfèrica
Òptica adaptativa
Òptica adaptativa
El telescopi espacial
Hubble
A causa de les altes eficiències quàntiques dels CCD (properes al
100%), la linealitat de la seva resposta (proporcional a la intensitat dels
senyal)i la facilitat d'ús en comparació amb les plaques fotogràfiques,
entre d'altres raons, els CCD s’han adoptat molt ràpidament entre els
astrònoms per a gairebé totes les observacions en el rang UV-IR.
Funcionament dels radiotelescopis
Radiotelescopi d’Arecibo
(Puerto Rico)
Five hundred metre Aperture Spherical Telescope
(FAST) a la província de Guizhou (China)
VLA: la interferometria
aplicada a l‘astronomia
Un interferòmetre
astronòmic és un conjunt de
telescopis que actuen
conjuntament mitjançant
interferometria (intersecció
d’ones). El benefici de
l'interferòmetre és que la
resolució angular de
l’instrument és la d’un
telescopi de diàmetre igual a
la màxima separació dels
detectors individuals.
XMM-Newton
Els satèl·lits de raigs X
han de treballar per sobre
de l’atmosfera
Un telescopi Cherenkov fa
que l'atmosfera sigui part
del detector. Quan els raigs
gamma es troben amb
l'atmosfera terrestre, creen
una cascada d'electrons i
positrons que viatgen a
través de l’atmosfera
acompanyats de radiació
Cherenkov. Els detectors
Cerenkov, com el seu nom
indica, es basen en la
detecció d'aquest focus de
llum per detectar l'arribada
d'un raig gamma còsmic.
UV
Ràdio
Visible
IR
Venuss
Andròmedas
El Sols
Representació bidimensional d'ones
gravitatòries generades per dues
estrelles que s’orbiten mútuament.
Primera simulació
realista de la formació
de la Via Làctia
Col·lisió entre la Via
Làctia i Andròmeda
MOLTES GRÀCIES PER LA
SEVA ATENCIÓ
