aula1 - A Esfera Celeste

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Aula Inaugural
Reinaldo R. de Carvalho (rrdecarvalho2008@gmail.com)
Introdução à Astrofísica
Livros recomendados:!
!
1 - An Introduction to Modern Astrophysics, Bradley W. Carroll & Dale A. Ostlie, 
Second Edition, Pearson 2007!!
2 - Introduction to Astronomy and Cosmology, Ian Morison, First Edition, JWS 2008!!
3 - Foundations of Astrophysics, Barbara Ryden & Bradley Peterson, First Edition, 
Addison-Wesley 2010!!
4 - Astronomia & Astrofísica, Kepler De Souza Oliveira Filho & Maria De Fatima 
Oliveira, Terceira Edição, Livraria da Física 2014!!
5 - Descobrindo o Universo, Neil F. Comins & William J. Kaufmann III, Oitava 
Edição, Bookman 2010!!!
pdf das aulas estará em http://cosmobook.com.br/?page_id=440
A Esfera 
Ceste
Mecânica 
Celeste
O Espectro 
Contínuo da 
Luz
A Teoria da 
Relatividade 
Restrita
Interação da 
Luz com a 
Matéria
Telescópios
Atmosferas 
Estelares
Interiores 
Estelares O Sol
Sequência 
Principal e 
Evolução 
Estelar
Relatividade 
Geral e 
Buracos 
Negros
O Sistema 
Solar
A Nossa 
Galáxia
Formação e 
Evolução de 
Galáxias
A Estrutura 
do Universo Cosmologia
Programa do Curso
O diagrama V de Gowin	
!
O processo de investigação científica para Gowin (1981) é entendido como a 
construção de uma estrutura de significados a partir de elementos básicos, por ele 
denominado de eventos, fatos e conceitos. Assim, a partir da observação de um evento 
que ocorre na natureza ou é provocado pelo observador, o procedimento de pesquisa 
estabelece conexões específicas entre os registros deste evento, os julgamentos factuais 
derivados do estudo desses registros, as regularidades evidenciadas por esse 
julgamento e os conceitos e sistemas conceituais utilizados para interpretar esses 
julgamentos a fim de se chegar à explicação deste evento.
1. QUESTÃO BÁSICA DE PESQUISA. Qual é a questão foco do trabalho?	
2. CONCEITOS-CHAVE & ESTRUTURA CONCEITUAL. Quais os conceitos-chave 
envolvidos no estudo?	
3. MÉTODOS.

Quais os métodos utilizados para responder às questões básicas?	
4. ASSERÇÕES DE CONHECIMENTO.

Quais os resultados mais importantes do trabalho?	
5. ASSERÇÕES DE VALOR.

Qual a significância dos resultados encontrados?	
Do que falaremos no curso ?
A Astrofísica e o Universo
Para compreender o Universo, astrônomos usam as leis das física para 
construir teorias e modelos que possam ser testados.
Método científico - Um cientista tentando entender algum fenômeno observado 
propõe uma hipótese, a qual é uma coleção de idéias que parecem explicar o 
que é observado. Estas hipóteses devem sempre concordar com os 
experimentos e observações porque uma discrepância com o que é observado 
implica que a hipótese está errada.
Nossa Estrela, o Sol
O Sol é uma estrela típica. Seu diâmetro é cerca de 1.39 milhões de Km e a temperatura 
na superfície é da ordem de 5500 oC (5778 K). Sua luminosidade é resultado de reações 
termonucleares que ocorrem no centro, onde a temperatura é de ordem de 15 milhões 
de oC (1.57 x 107 K)
Planetas orbitando o Sol
Um exemplo de teoria científica é a idéia de que a Terra e os planetas orbitam o Sol 
devido a atração gravitacional do Sol. Esta teoria é universalmente aceita porque faz 
previsões que têm sido testadas e confirmadas pela observação.
Um Telescópio no espaço
Uma vez que orbita fora da atmosfera da Terra, o telescópio Hubble (HST) pode 
detectar não somente luz visível mas também ultravioleta e infra-vermelho das estrelas e 
galáxias distantes. Estas formas de luz não-visíveis são absorvidas pela nossa atmosfera 
e portanto difíceis de observar da superfície.
O Sol e os planetas em escala
Esta montagem de imagens a partir de vários satélites e telescópio na superfície mostra 
os tamanhos relativos dos planetas e do Sol. O Sol é tão grande comparado aos planetas 
que somente uma porção cabe na ilustração. A distância entre o Sol e cada planeta não é 
mostrada em escala. A distância real do Sol a Terra, por exemplo, é 12000 vezes maior 
do que o diâmetro da Terra.
Estudando estrelas e nebulosas, astrônomos 
descobrem como as estrelas nascem, 
evoluem e morrem
A Nebulosa do Orion - Berço de formação estelar
Esta nebulosa é um berçário onde estrelas são formadas a partir do gás nebular. O fluxo 
ultravioleta originado nas estrelas recém nascidas excitam o gás e promovem o brilho de 
toda a região gasosa. Muitas das estrelas embebidas nesta nebulosa possuem uma idade 
menor do que um milhão de anos, um breve intervalo na vida das estrelas.
A Nebulosa do Caranguejo
Quando uma estrela morre, explode em uma supernova, ejetando gás quente 
violentamente no espaço. Milhares de anos após a explosão, o gás ainda se move para 
fora a velocidades da ordem de 1800 Km/s.
Através da observação de galáxias, 
astrônomos aprendem sobre a origem e 
o destino do Universo
Quasar
Os dois objetos estelares nesta imagem parecem idênticos, mas na verdade são 
dramaticamente diferentes. O objeto à esquerda é efetivamente uma estrela. Mas a 
“estrela” à direita é na verdade um quasar, cerca de 9 bilhões de anos-luz de distância. 
Para parecer tão brilhante, estando tão distante, quasares devem ser muito luminosos - 
são na verdade os objetos mais luminosos do Universo.
Medindo tamanho angular e distância 
1 pc = 3.09 x 1013 km	
1 UA = 1.5 x 108 km
A Escala do Universo
Capítulo 1!
!
A Esfera Celeste!
!
- A tradição Grega!
- A Revolução Copernicana!
- Posições sobre a esfera celeste!
- Física e Astronomia!
A Tradição Grega
O Homem tem admirado o céu e pensado sobre 
seus mistérios. Evidência deste interesse 
encontra-se em todo mundo através de vários 
manifestações culturais.
No entanto, nossa visão moderna da ciência teve início na tradição filosófica grega. 
Pitágoras deu grande contribuição ao estudo da geometria dos triângulos 
retângulos.
A Tradição Grega
Como calcular as distâncias Terra-Lua e Terra-Sol?
O Universo Geocêntrico e a esfera celeste 
Platão sugeriu que para compreender o “movimento dos céus” deveríamos começar com 
uma conjunto de hipóteses. Parecia óbvio que as estrelas girassem em torno da Terra com 
velocidade constante. 
O Movimento retrógrado
Entender o movimento reverso de alguns objetos celestes (planetas) foi uma das questões 
fundamentais d astronomia grega. 
Ptolomeu Copérnico
A Revolução Copernicana
1 - O centro do Universo é próximo ao Sol.	
!
2 - A distância da Terra ao Sol é imperceptível quando 
comparada à distância às estrelas.	
!
3 - A rotação da Terra explica a aparente rotação diária das 
estrelas.	
!
4 - O ciclo anual aparente do movimento do Sol é causado pela 
rotação da Terra em torno do mesmo.	
!
5 - O movimento retrógrado dos planetas é causado pelo 
movimento da Terra, de onde observamos.
A Observação de Vênus (Galileo)
- Se Vênus estivesse entre o Sol e a Terra, então suas fases seriam sempre 
“pequenas”, em seu movimento em torno do centro do seu epiciclo.	
- Se Vênus estivesse simplesmente em órbita circular em torno do Sol, teria fases 
semelhantes às da Lua.
Órbitas Planetárias e Configurações
P = Período Sideral do planeta inferior	
E = Período Sideral da Terra (1 ano)	
S = Período Sinódico do planeta inferior
número de graus/ tempo para 
completar a órbita (planeta 
inferior)
S
número de graus/ tempo para 
completar a órbita (Terra)
Uma volta a mais dada pelo 
planeta inferior
Exercício: Derive a expressão para um planeta superior
Posições na Esfera Celeste
Sistema Horizontal: 	
Azimute (A) - ângulo medido sobre o horizonte, com origem no Norte geográfico, no 
sentido horário.	
Altura (h) - ângulo medido sobre o círculo vertical do astro, com origem no horizonte e 
extremidade no objeto.
distância zenital
Variaçõesno Céu
A visão de um observador 
a uma latitude de 35o
As estações do ano e sua origem
A eclíptica, equinócio e solstício. 
Posições na Esfera Celeste
Sistema Equatorial: 	
!
Declinação - é o ângulo contado a partir do equador celeste até o objeto medido ao 
longo do círculo que passa por ambos pólos celestes (δ)	
Ascensão Reta - é o angulo a partir do equinócio vernal, na direção Este até o círculo 
usado para medir a declinação (α)
Tempo Sideral
Se você quer observar um particular objeto no céu, a hora ideal para fazê-lo é quando o 
mesmo está mais alto no céu, ou o mais próximo do meridiano superior, minimizando os 
efeitos da atmosfera sobre a imagem do objeto.	
!
Dia sideral é o intervalo de tempo entre duas passagens sucessivas do equinócio vernal 
pelo meridiano superior.	
1 dia sideral = 23h 56m 4.091s
O equinócio vernal, cujas coordenadas são RA 
= 00h 00m 00s e DEC = 0o 0' 0’', cruza o 
meridiano superior a meia noite em tempo 
sideral (0:00). Assim, qualquer objeto cruza o 
meridiano superior quando o tempo sideral é 
igual a ascensão reta do objeto.
Suponha que você queira observar um objeto 
cujas coordenadas são RA = 13h 25m 11.6s e 
DEC = -11o 9' 41’’. Qual a melhor hora para 
observação ? 	
Quando o tempo sideral no local for 13:25
Precessão
Dado que o eixo de rotação da Terra é “inclinado”, a influência gravitacional da Lua e do 
Sol sobre a Terra (que não é perfeitamente esférica) faz a mesma “precessionar”. A 
precessão faz com que as coordenadas RA e DEC variem, mesmo que de uma quantidade 
pequena.
Movimento Próprio
Um outro efeito contribuindo para a variação das coordenadas de um objeto é a velocidade 
intrínseca do objeto. Considere a velocidade de uma estrela em relação a uma observador. O 
vetor velocidade pode ser decomposto em duas componentes. A velocidade transversal 
implica numa variação angular nas coordenadas equatoriais conhecida como movimento 
próprio.
velocidad
e radial
velocidade transversal
Física e Astronomia
— A visão matemática da natureza, proposta inicialmente por Pitágoras e outros, levou a 
revolução Copernicana. No entanto, um importante passo estava por ser dado no 
desenvolvimento da ciência: a procura por causas físicas de fenômenos observados.
— A aplicação da física na astronomia, Astrofísica, tem se mostrado uma estratégia bem 
sucedida em explicar um grande número de observações.
— Como parte da investigação será necessário estudar os detalhes dos movimentos dos 
corpos celestes, a natureza da luz, a estrutura do átomo e a forma do próprio espaço. Cada 
área da física desempenha um papel em algum aspecto da astronomia. A física de 
partículas se une a astrofísica no estudo do Big Bang.
— Com a era de novas tecnologias e pesquisa espacial, telescópios têm sido capazes de 
estudar o Universo com sensibilidade cada vez maior.
— Computadores têm nos permitido estudar em grande detalhe fenômenos que de outra 
forma seria quase impossível do ponto de vista analítico. Simulações cosmológicas nos 
permitem tratar o problema do desenvolvimento dinâmico de bilhões de partículas.