Anno Accademico 2006/2007 Alessandro Marconi

Anno Accademico 2006/2007
Astronomia
Corso di Laurea in Scienze Naturali
Alessandro Marconi
Dipartimento di Astronomia
e Scienza dello Spazio,
Università di Firenze
Informazioni Importanti
Prof. Alessandro Marconi
Email: [email protected]
Tel: 055-2307-627
Ufficio:
Dip. Astronomia, Largo E. Fermi 2
Ricevimento:
tutti i giorni con appuntamento (telefono o email) per
evitare un viaggio a vuoto!
Lezioni disponibili al sito Web:
http://www.arcetri.astro.it/~marconi/LCTS/2007_Astronomia
Viaggio nell’Universo
Lezione 1
Sommario
Panoramica degli oggetti che si trovano nell’universo e che
saranno affrontati più in dettaglio durante il corso.
La gerarchia delle strutture cosmiche, dalle più piccole alle
più grandi.
Le dimensioni tipiche degli oggetti astronomici, scale di
tempo e di distanza.
Alcune unità di misura.
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Astronomia ! Lezione 1
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La Terra
Raggio:
R! =6378 km
Periodo di rotazione:
24 h
?
Massa:
M! = 5.976 ! 1024 kg
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Astronomia ! Lezione 1
5
La Notazione Esponenziale
Se esprimessi la massa della Terra in modo convenzionale
dovrei scrivere:
M! = 5,976,000,000,000,000,000,000,000 kg
alquanto scomodo da usare!
Si utilizza perciò la notazione esponenziale o scientifica:
10n = 1,000, .... ,000
10-n = 1/1,000,....,000, = 0.000,....,001
n zeri
Moltiplicazione: 10n ! 10m = 10m+n
Divisione: 10n / 10m = 10n ! 10-m = 10n-m
Esempi:
0.015 = 1.5 ! 10-2
1234 = 1.234 ! 103
6570000 = 6.57 ! 106
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Astronomia ! Lezione 1
n zeri
6
La Notazione Esponenziale
I prefissi importanti nella notazione esponenziale:
nano
micro
milli
centi
kilo
mega
giga
=10-9
=10-6
=10-3
=10-2
=103
=106
=109
(1 miliardesimo)
(1 milionesimo)
(1 millesimo)
(1 centesimo)
(1 migliaio)
(1 milione)
(1 miliardo)
Esempio: 1 kilometro = 103 metri = 103 ! 102 centimetri = 105 cm
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Astronomia ! Lezione 1
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La Luna
Raggio:
1738 km = ~27% ! R!
Massa:
7.35 ! 1022 kg = ~1% ! M!
http://www.noao.edu/image_gallery
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Astronomia ! Lezione 1
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Terra e Luna
Distanza media Terra-Luna: 384,400 km
Terra e Luna viste dal
satellite Galileo
Periodo dell’orbita lunare
attorno alla Terra: 27.3 giorni
http://www.esa.int/esa-mmg/mmghome.pl
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Astronomia ! Lezione 1
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Il Sole
Raggio (R"):
6.96 ! 105 km = 109 ! R!
Massa (M"):
1.99 ! 1030 kg = 333,000 ! M!
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Astronomia ! Lezione 1
10
Orbita della Terra attorno al Sole
Il raggio dell’orbita della Terra
attorno al Sole è: 1.496 ! 105 km
Il periodo dell’orbita attorno al
Sole è: 1.0 anni (365.25 giorni)
Introduciamo una nuova unità di
misura: l’ Unità Astronomica (AU)
Unità astronomica (AU) = Distanza media Terra-Sole
1 AU = 149,610,110 km
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Astronomia ! Lezione 1
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Il Sistema Solare
Nove Otto pianeti
Plutone è stato recentemente ri-classificato come “pianeta
nano”
Giove - il pianeta più grande
Plutone - il pianeta più piccolo
Massa: 318 M! Raggio: 11.9 R! Massa: 0.002 M! Raggio: 0.19 R!
Periodo Orbitale: 11.9 anni
Periodo Orbitale: 247.7 anni
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Astronomia ! Lezione 1
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Le dimensioni del sistema solare
Orbita di Plutone: 39 AU
La nube di Oort potrebbe estendersi fino a 100.000 AU
Origine delle comete a lungo periodo (p.e. cometa
di Halley)
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Astronomia ! Lezione 1
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I dintorni del Sole
Le distanze tra le stelle sono immense
La distanza media tra le stelle nella
nostra galassia è 3 anni luce
~ 17 anni luce
La stella più vicina al Sole è Proxima
Centauri a 4.2 anni luce
Nuova unità di misura:
1 anno luce (ly) = distanza percorsa dalla luce in 1 anno
= 63,000 AU = 9.5 !1015 m
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Astronomia ! Lezione 1
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In viaggio verso le stelle
Un aereo commerciale impiega circa 7 h a viaggiare da New
York a Londra ad una velocità di crociera di circa 900 km/h.
Quanto impiegherebbe a raggiungere Proxima Centauri (4.2 ly)?
Quanto impiega la luce a
percorrere:
Distanza Terra - Luna: 1.3 sec.
Distanza Terra - Sole: 8.3 min.
Sole - Plutone: 5.4 ore
Sole - Nube di Oort: 578 giorni
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Astronomia ! Lezione 1
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La famiglia delle stelle
Il nostro Sole è una stella
abbastanza tipica.
Luminosità: energia emessa sotto
forma di radiazioni elettromagnetiche
per unità di tempo (vedi più avanti ....)
Ma in generale le stelle variano
molto in:
Massa (0.1 ! 60 M")
Luminosità (10-2 ! 106 L")
Raggio (0.001 ! 1000 R")
Colore (Rosso ! Blu)
" indica il Sole. Le masse
delle stelle e degli altri oggetti
astronomici sono spesso
misurate in masse solari (M").
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http://www.eso.org/outreach/gallery/astro/
Astronomia ! Lezione 1
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La Via Lattea
Il Sole è solo una dei 200 milioni di stelle
che formano la galassia della Via Lattea
(Milky Way).
La Via Lattea è una banda luminosa nel
cielo notturno (senza nubi e luci della città!).
La Via Lattea è una galassia a spirale di
diametro ~160,000 ly!
La Via Lattea ed il Telescopio
William Herschel (La Palma)
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La sua massa totale è ~1012 M" di cui
possiamo vedere solo il ~10% sotto forma
di stelle.
Astronomia ! Lezione 1
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Il Sole nella Via Lattea
100,000 ly
NGC 2997 è una galassia
spirale che si ritiene sia
simile in dimensioni e
struttura alla Via Lattea
Il Sole si trova in un braccio
a spirale a circa 25,000 ly dal
centro.
http://www.aao.gov.au/images/
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Astronomia ! Lezione 1
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Ammassi Globulari
Antichi ammassi sferoidali di
stelle tenuti insieme dalla
gravità.
Contengono tra 100,000 e
1,000,000 di stelle.
Raggio tipico ~30 ly.
Ci sono circa 200 ammassi
globulari in orbita nella Via
Lattea.
http://www.eso.org/
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Astronomia ! Lezione 1
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Gas e polvere interstellare
Lo spazio tra le stelle è “pieno” di gas
e polvere.
La Via Lattea contiene circa 8 !109 M"
di gas. Il gas è tipicamente in 4 “fasi”
con temperature che vanno da 10 a
106 K.
Nubi molecolari giganti:
nubi relativamente dense di
gas molecolare e polvere;
masse tipiche >105 M";
diametri ~150 ly;
luoghi di nascita delle stelle.
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http://hubblesite.org/gallery/
La temperatura assoluta si
misura in gradi Kelvin (K):
°C = K ! 273.15
-273.15 °C è il cosiddetto
zero assoluto
Astronomia ! Lezione 1
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Il Gruppo Locale di Galassie
La Via Lattea (Milky
Way) è parte di un
piccolo ammasso di
galassie
AA 2006/2007
Il Gruppo Locale:
2 galassie a spirale giganti (MW,
Andromeda)
1 spirale “media” (M33)
>30 galassie “nane”
diametro di circa 2 milioni di anni
luce!
Astronomia ! Lezione 1
21
Andromeda (Messier 31)
“Vicina” della Via Lattea:
distanza: 2.9 milioni di ly
diametro del disco: 250,000 ly
massa: ~ 3 !1011 M"
http://www.pparc.ac.uk/Ps/ps_intro.asp
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Astronomia ! Lezione 1
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Galleria di galassie
Galassie Irregolari
p.e. Grande Nube
di Magellano
Esistono tre tipi
principali di galassie ...
Galassie a Spirale
p.e. Andromeda
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Galassie Ellittiche
p.e. Messier 87 (M87)
Astronomia ! Lezione 1
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Galassie Attive e Quasar
Nearest Quasar
3C 273
Circa il 10% di tutte le galassie hanno Nuclei Galattici Attivi (Active
Galactic Nuclei - AGN).
Sorgenti compatte e luminose di radiazione al centro delle
galassie
In alcuni casi noti come Quasar, l’AGN è così luminoso da nascondere
la galassia stessa!
AA 2006/2007
Astronomia ! Lezione 1
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Radio Galassie
Immagine
“Radio”
500,000 ly
Cigno A
Alcune galassie attive producono enormi “lobi” doppi di gas
ionizzato che emette onde radio.
I lobi sono alimentati da getti “gemelli” emessi dal nucleo attivi.
La radio galassia “vicina” più potente è Cigno A (600 milioni di
anni luce)
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Astronomia ! Lezione 1
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Ammassi di Galassie
Una parte dell’ammasso
della Vergine
La maggioranza delle galassie
vive in ammassi.
Il Gruppo Locale è un ammasso
“povero”.
Ammassi “ricchi” contengono
~1000 galassie.
M87, galassia centrale
dell’ammasso della
Vergine
AA 2006/2007
L’ammasso della Vergine
contiene 2500 galassie
diametro di ~10 milioni di ly
distanza di ~55 milioni di ly
Astronomia ! Lezione 1
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Un universo di galassie
L’universo contiene miliardi
di galassie
“Hubble Deep Field”
Lunga esposizione su
una parte di cielo
apparentemente
“vuota”, di diametro pari
a quello della luna
piena.
Vengono rivelate
centinaia di galassie
prima sconosciute.
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Astronomia ! Lezione 1
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I Quasar più distanti
I quasar sono oggetti
estremamente luminosi e
possono essere osservati
anche ad enormi distanze.
Il quasar più distante
scoperto fino ad oggi si trova
a 13 miliardi di anni luce!
La luce rivelata è partita
dall’oggetto quando
l’universo solo il 5%
dell’età attuale.
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Astronomia ! Lezione 1
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L’universo su grandissima scala
Gli ammassi di galassie
sono raggruppati in
superammassi (diametro
~600 milioni ly).
Una gerarchia di strutture
(simulazione)
I superammassi formano
filamenti e “muri” attorno a
“vuoti”.
Queste sono le strutture più
grandi note nell’universo.
Hanno scale dell’ordine
di ~0.5 miliardi di ly.
http://www.mpa-garching.mpg.de/galform/millennium/
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Astronomia ! Lezione 1
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Distanze angolari
Luna
Verticale
Orizzontale
Cerchio completo
=360°
Le dimensioni apparenti e le
distanze tra gli oggetti sul
piano del cielo sono
misurate con gli angoli
(osservazione diretta).
AA 2006/2007
Le distanza angolari sono
misurate in gradi (°) minuti (")
e secondi ("") d’arco.
1° = 60" (minuti d’arco)
1" = 60"" (secondi d’arco)
Astronomia ! Lezione 1
30
Formula per angoli piccoli
Oggetti con diametri lineari
diversi possono avere le
stesse dimensioni angolari
Oggetti con lo stesso diametro
lineare diversi possono avere
dimensioni angolari diverse
Dimensione angolare !
Dimensione
lineare D
Distanza d
Formula che collega la dimensione
lineare (D), quella angolare (#) e la
distanza radiale (d):
Equivalentemente,
esprimendo # in radianti:
αd
D=
206, 265
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Astronomia ! Lezione 1
D = αd
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Il parsec (pc)
Sole
Orbita della Terra
Distanza:
1 parsec
(3.26 anni luce)
Angolo:
1 arcsec = 1""
Alla distanza di 1 pc, una
lunghezza di 1 AU
sottende un angolo di 1""
Osservatore
AA 2006/2007
Unità di misura di lunghezza
ampiamente usata in astronomia.
Legata strettamente alla
parallasse trigonometrica,
metodo per misurare le
distanze lineari delle stelle.
Definizione
1 parsec = distanza alla quale 1 AU
sottende un angolo di 1 arcsec.
1 pc = 3.26 ly = 3.09!1016 m
Astronomia ! Lezione 1
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Sommario
Abbiamo visto le dimensioni, le distanze ed i tempi scala tipici che
caratterizzano gli oggetti astronomici.
Abbiamo passato in rassegna la gerarchia delle strutture di materia
che esistono nel nostro universo.
Unità di misura delle distanze utilizzate tipicamente in astronomia:
Unità astronomica (AU): 1 AU = 149,610,110 km
Anno luce (ly): 1 ly = 9.5 !1015 m ~ 63,000 AU
Parsec (pc): 1 pc = 3.26 ly = 3.09 !1016 m
Distanze e dimensioni sul piano del cielo sono misurate in angoli.
Formula per i piccoli angoli:
dimensione lineare = dimensione angolare (radianti) x distanza
dall’osservatore
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Astronomia ! Lezione 1
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