Le distanze in Astronomia

Le distanze in Astronomia
06/11/2015
Società Astronomica G.V. Schiaparelli
Argomenti trattati
 Distanze astronomiche: alcuni metodi di misura
 Le galassie: morfologia e classificazione
 Cosmologia: accenni
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DISTANZE ASTRONOMICHE
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DISTANZA E TEMPO
La Luna dista circa 384.000 km
A piedi (5km/h) = 8,7 anni
In auto (120km/h) = 4,5 mesi
In aereo (1000km/h) = 16 giorni
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DISTANZA E TEMPO
Il Sole dista 150.000.000 km (390 volte la Luna)
In aereo (1000km/h) = 17 anni (!!!)
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DISTANZA E TEMPO
Plutone dista 5.900.000.000 km (39,5 volte il Sole)
In aereo (1000km/h) = 671 anni (!!!)
Con le sonde spaziali: circa 10 anni
LA LUCE IMPIEGA INVECE SOLO 5,5 ORE
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06/11/2015
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LA MISURA DELLA TERRA
Il primo a misurare il raggio, e quindi la circonferenza, della Terra fu Eratostene nel II secolo a.C., basando i suoi calcoli sui seguenti dati:
- la distanza fra Alessandria e Siene (oggi Assuan), due città sullo stesso meridiano;
- la differente altezza raggiunta dal Sole a mezzogiorno del solstizio estivo nelle due città: a Siene, sul Tropico, il Sole arriva
allo zenit (i raggi sono perpendicolari al suolo) mentre ad Alessandria arriva a circa 83° sull'orizzonte.
Poiché la distanza Siene-Alessandria era di 5.000 stadi (circa 787,5 km dato che 1 stadio = 157,5 m), Eratostene stabili la relazione:
7° : 360° = 5.000 stadi : x
da cui ricavò per la circonferenza un valore di 257.142 stadi, pari a 40.500 km circa.
Un valore sorprendentemente vicino al vero (40.009 km).
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Parallasse
Ammasso della Chioma
Ammasso della Vergine
M31
Grande Nube
di Magellano
Centro della
Via Lattea
Ammasso Aperto
Delle Pleiadi
Alpha Centauri
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1000 Mpc
Supernovae Tipo Ia
Variabili Cefeidi (Popolazione I)
Parallasse Spettroscopica
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Legge di Hubble
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Parallasse trigonometrica
È un metodo privo di alcuna assunzione teorica!
Terra
Sole
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P
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Parallasse trigonometrica
Lalande 21185
P≈ 0,4 arcsec
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d = 2,5 pc = 8,15 al
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Parallasse trigonometrica
1
d=
P[arcsec]
1 parsec: distanza alla quale l’angolo sotteso è 1’’
1 parsec = 3,26 anni luce = 30.857.000.000.000 km
4,795 km
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Alberto Milani - Società Astronomica G.V. Schiaparelli
Parallasse trigonometrica
1838: prima misura della distanza di una stella
(61 Cigni) con il metodo della parallasse
Misurò p = 0,31 arcsec, da cui dedusse d ≈ 3 parsec
D = 1/p
Friedrich Wilhelm Bessel
La misura più moderna è P = 0,28547 arcsec
(1784 - 1846)
Matematico e astronomo tedesco
Oggi:
Telescopi da terra
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 P > 0,01 arcsec  d < 100 pc (poche migliaia di stelle)
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HIPPARCOS
(High Precision PARallax COllecting Satellite - ESA)
Prima missione dedicata alla misura delle parallassi stellari
Distanze di stelle vicine
Moto proprio delle stelle
Consorzio industriale:
Matra Marconi Space (Franco-Britannica)
Alenia Spazio (Italiana)
Lancio:
18 agosto 1989, base spaziale ESA di Kourou (Guyana Francese)
Orbita:
Originariamente: 36000km, geostazionaria
Per un difetto al lancio: orbita altamente ellittica (perigeo 526 km,
apogeo 36000 km)
Fine missione:
17 agosto 1993
Quasi tutti gli obiettivi sono stati raggiunti
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HIPPARCOS
(High Precision PARallax COllecting Satellite)
Programma scientifico:
1. Esperimento Hipparcos: Misura della posizione di circa 120000 stelle con precisione circa
0,002-0,004 arcsec
2. Esperimento Tycho: Misura della posizione di circa 400000 con precisione circa 0,01 arcsec +
misura fotometrica in due colori
Risultati pubblicati nel 1997:
3. Catalogo Hipparcos: 120000 stelle con precisione 0,001 arcsec
4. Catalogo Tycho: più di un milione di stelle con risoluzione 0,02-0,03 arsec + fotometria
E ORA?
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GAIA
(Global Astrometric Inteferometer for Astrophysics – ESA)
Precisione astrometrica: 0,0001 arcsec!
Osservazione di 1 miliardo di stelle fino mag. 20
Ogni stella verrà osservata circa 70 volte
- alta precisione nella distanza, moti propri, cambiamenti di luminosità
Previsione della scoperta di migliaia di nuovi oggetti celesti
- pianeti extrasolari (più di 10000)
- nane brune
- migliaia di comete e asteroidi (nel sistema solare)
Lancio: 19 dicembre 2013
Durata: 5 anni
Orbita: Punto lagrangiano L2 (1,5 milioni di km dalla Terra)
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Parallasse
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Ammasso della Chioma
Ammasso della Vergine
M31
Grande Nube
di Magellano
Centro della
Via Lattea
Ammasso Aperto
Delle Pleiadi
Alpha Centauri
Parallasse spettroscopica
Viene utilizzata principalmente per ammassi stellari in
cui tutte le stelle sono alla stessa distanza
Parallasse trigonometrica di stelle di un tipo spettrale
 mag assoluta per quel tipo spettrale
Campione di stelle dello stesso tipo spettrale in un ammasso

si può determinare la distanza dell’ammasso
Poiché la distanza è la stessa per tutte le stelle dell’ammasso
si può calibrare il diagramma HR in termini di mag assoluta
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Le classi spettrali
06/11/2015
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Parallasse spettroscopica
Facciamo un esempio: Sirio.
Stella bianco-azzurra di m -1,46, classe spettrale A1, parallasse 0,38”, distanza 8,6 a.l. (2,64 pc).
Tramite la relazione tra m e distanza ricavo M.
M= 5 – 5 log d + m
M = 1.4
Faccio l'assunzione che TUTTE le stelle di classe spettrale A1 abbiano una M pari a 1,4 (e così via per
le altre classi spettrali).
Analizzando lo spettro di molte
stelle di un ammasso
globulare, ne calcolo la
distanza perchè conosco m e
M.
d = 10 (m-M + 5)/5
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Parallasse
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Ammasso della Chioma
Ammasso della Vergine
M31
Grande Nube
di Magellano
Centro della
Via Lattea
Ammasso Aperto
Delle Pleiadi
Alpha Centauri
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Importanza delle misure astrometriche: GAIA!
Parallasse Spettroscopica
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Stelle variabili - Cefeidi
Variazione di luminosità di Delta Cephei
Periodo
Cefeidi:
Periodo: 1-135 giorni
Massa: 5-7 Msun
Raggio: 25-35 Rsun
06/11/2015
John Goodricke - 1784
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Variabili Cefeidi
1912: osservazione di circa 1800 Cefeidi nelle Nubi di Magellano
Henrietta Swan Leavitt
(1868 - 1921)
Astronoma statunitense
Scoperta: le Cefeidi più brillanti hanno periodo più lungo!
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Variabili Cefeidi
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Variabili Cefeidi
È necessario calibrare (in magnitudini assolute) la relazione periodo-luminosità
Misura della distanza delle Cefeidi con altri metodi
M= 5 – 5 log d + m
Luminosità
apparente
Luminosità
assoluta!
Periodo
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Ammasso della Chioma
Ammasso della Vergine
M31
Grande Nube
di Magellano
Centro della
Via Lattea
Ammasso Aperto
Delle Pleiadi
Alpha Centauri
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Parallasse
Variabili Cefeidi (Popolazione I)
Parallasse Spettroscopica
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Supernovae Tipo Ia
Gigante o supergigante
Sistemi di stelle binarie compatte
C’è passaggio di materia tra le due stelle
Nana bianca
L’aumento di massa causa l’esplosione della nana bianca
Si pensa che l’esito sia la completa distruzione della stella
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Supernovae Tipo Ia
Luminosità massima
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Supernovae Tipo Ia
Sono eventi rari! ∼1 supernova al secolo a galassia
Osservando migliaia di galassie regolarmente e frequentemente
è possibile osservare decine e decine di supernovae all’anno
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Parallasse
Ammasso della Chioma
Ammasso della Vergine
M31
Grande Nube
di Magellano
Centro della
Via Lattea
Ammasso Aperto
Delle Pleiadi
Alpha Centauri
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Supernovae Tipo Ia
Variabili Cefeidi (Popolazione I)
Parallasse Spettroscopica
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Effetto doppler
l0
l0 + Dl
z=
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Dl
l0
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Effetto doppler
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Spettri di galassie
06/11/2015
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Legge di Hubble
1929, E. Hubble:
1. scopre che tutte le galassie si allontanano dai noi
2. la velocità di allontanamento (redshif) cresce con la distanza
Legge di Hubble: la velocità di allontanamento cresce proporzionalmente con la distanza
H0: Costante di Hubble
Misure di Hubble
06/11/2015
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Legge di Hubble
Una volta nota la costante di Hubble H0 si può utilizzare il redshift come indicatore di distanza
Obiettivo principale dell’Hubble Space Telescope Key Project
E. Hubble (1929)
Lancio HST
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10 Mpc
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Parallasse
Ammasso della Chioma
Ammasso della Vergine
M31
Grande Nube
di Magellano
Centro della
Via Lattea
Ammasso Aperto
Delle Pleiadi
Alpha Centauri
1pc
100 Mpc
1000 Mpc
Supernovae Tipo Ia
Variabili Cefeidi (Popolazione I)
Parallasse Spettroscopica
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Legge di Hubble
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GALASSIE
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1920: “Il grande dibattito”
“Grande Nebulosa di Andromeda” - 1899
Harlow Shapley
Heber D. Curtis
Oggetti Galattici
Oggetti ExtraGalattici
Edwin Hubble
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1920: “Il grande dibattito”
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Classificazione
Ellittiche
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Spirali
Irregolari
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Morfologia: Ellittiche
rsec
64000 pa
Messier 87
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Morfologia: Spirali
Bulge
Spirale
Messier 81
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Morfologia: Spirali
Gas e polvere interstellare
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Morfologia: Spirali
Regioni formazione stellare
Messier 33
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17
0
00
pc
Morfologia: Spirali
500pc
Messier 104
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Morfologia: Spirali
NGC 891
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Morfologia: Spirali barrate
NGC 1365
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Morfologia: Spirali barrate
NGC 1300
06/11/2015
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Morfologia: Irregolari
Messier 82
06/11/2015
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Morfologia: Irregolari
NGC 4449
06/11/2015
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Morfologia: Irregolari
Centaurus A
06/11/2015
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E noi?
06/11/2015
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Via Lattea
8000 pc
Sole
220 milioni di anni
06/11/2015
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Rotazione
Messier 83
8/11/2013
Alberto Milani - Società Astronomica G.V. Schiaparelli
Come è fatta la spirale
NGC 4414
Messier 81
Grand design galaxy
06/11/2015
Flocculent galaxy
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COSMOLOGIA
06/11/2015
Società Astronomica G.V. Schiaparelli
06/11/2015
Società Astronomica G.V. Schiaparelli
06/11/2015
Società Astronomica G.V. Schiaparelli
Radiazione cosmica di fondo
7/11/2014
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Radiazione cosmica di fondo
7/11/2014
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