Anno Accademico 2008/2009. Astronomia. Corso di Laurea in Scienze Naturali. Alessandro Marconi

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1 Anno Accademico 2008/2009 Astronomia Corso di Laurea in Scienze Naturali Alessandro Marconi Dipartimento di Astronomia e Scienza dello Spazio, Università di Firenze

2 Informazioni Importanti Prof. Alessandro Marconi Tel: Ufficio: Dip. Astronomia, Largo E. Fermi 2 Ricevimento: tutti i giorni con appuntamento (telefono o ) per evitare un viaggio a vuoto! Lezioni disponibili al sito Web: Didattica

3 Bibliografia Il testo su cui sono basate principalmente le lezioni è Freedman & Kaufmann, Universe (8a edizione) WG Freeman and Company Sito internet con risorse utili:

4 Bibliografia Universe 8e Prezzo: USD Universe 8e Stars & Galaxies (versione ridotta ma OK, non necessari CD allegati) Prezzo: USD LICOSA Via Duca di Calabria 1/1, Firenze / DEA Via Lima 28, Roma /

5 Viaggio nell Universo Lezione 1

6 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. 6

7 La Terra Raggio: R =6378 km Periodo di rotazione: 24 h Massa:? M = kg 7

8 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: 10 n = 1,000,..., n = 1/1,000,...,000, = 0.000,...,001 n zeri Moltiplicazione: 10 n 10 m = 10 m+n Divisione: 10 n / 10 m = 10 n 10 -m = 10 n-m Esempi: = = = n zeri 8

9 La Notazione Esponenziale I prefissi importanti nella notazione esponenziale: nano (n) micro (μ) milli (m) centi (c) kilo (k) mega (M) giga (G) =10-9 =10-6 =10-3 =10-2 =10 3 =10 6 =10 9 (1 miliardesimo, es. 1 nm) (1 milionesimo, es. 1 μm ) (1 millesimo, es. 1 mm) (1 centesimo, es. 1 cm) (1 migliaio, es. 1 km) (1 milione, es. 1 Mpc) (1 miliardo, es. 1 Gpc) Esempio: 1 kilometro = 10 3 metri = centimetri = 10 5 cm 9

10 Importanza della Notazione Esp.!! 10

11 La Luna Raggio: 1738 km = ~27% R Massa: kg = ~1% M 11

12 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 12

13 Il Sole Raggio (R ): km = 109 R Massa (M ): kg = 333,000 M 13

14 Orbita della Terra attorno al Sole Il raggio dell orbita della Terra attorno al Sole è: km Il periodo dell orbita attorno al Sole è: 1.0 anni ( giorni) Introduciamo una nuova unità di misura: l Unità Astronomica (AU) Unità astronomica (AU) = Distanza media Terra-Sole 1 AU = 149,610,110 km 14

15 Il Sistema Solare Nove Otto pianeti Plutone è stato recentemente ri-classificato come pianeta nano Giove - il pianeta più grande Massa: 318 M Raggio: 11.9 R Periodo Orbitale: 11.9 anni Plutone - un pianeta-nano Massa: M Raggio: 0.19 R Periodo Orbitale: anni 15

16 Le dimensioni del sistema solare Orbita di Plutone: 39 AU La nube di Oort potrebbe estendersi fino a AU Origine delle comete a lungo periodo (p.e. cometa di Halley) 16

17 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 = m 17

18 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 AA 2008/2009 Astronomia Lezione 1 18

19 La famiglia delle stelle Il nostro Sole è una stella abbastanza tipica. Ma in generale le stelle variano molto in: Massa ( M ) Luminosità ( L ) Raggio ( R ) Colore (Rosso Blu) Luminosità: energia emessa sotto forma di radiazioni elettromagnetiche per unità di tempo (vedi più avanti...) indica il Sole. Le masse delle stelle e degli altri oggetti astronomici sono spesso misurate in masse solari (M ). 19

20 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 sua massa totale è ~1012 M di cui possiamo vedere solo il ~10% sotto forma di stelle. AA 2008/2009 Astronomia Lezione 1 20

21 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. 21

22 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. AA 2008/2009 Astronomia Lezione 1 22

23 Gas e polvere interstellare Lo spazio tra le stelle è pieno di gas e polvere. La Via Lattea contiene circa M di gas. Il gas è tipicamente in 4 fasi con temperature che vanno da 10 a 10 6 K. Nubi molecolari giganti: nubi relativamente dense di gas molecolare e polvere; masse tipiche >10 5 M ; diametri ~150 ly; luoghi di nascita delle stelle. La temperatura assoluta si misura in gradi Kelvin (K): C = K C è il cosiddetto zero assoluto 23

24 Il Gruppo Locale di Galassie La Via Lattea (Milky Way) è parte di un piccolo ammasso di galassie AA 2008/2009 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 24

25 Andromeda (Messier 31) Vicina della Via Lattea: distanza: 2.9 milioni di ly diametro del disco: 250,000 ly massa: ~ M AA 2008/2009 Astronomia Lezione 1 25

26 Galleria di galassie Galassie Irregolari p.e. Grande Nube di Magellano Esistono tre tipi principali di galassie... Galassie a Spirale p.e. Andromeda AA 2008/2009 Galassie Ellittiche p.e. Messier 87 (M87) Astronomia Lezione 1 26

27 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 2008/2009 Astronomia Lezione 1 27

28 Radio Galassie 500,000 ly Immagine Radio 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) 28

29 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 2008/2009 L ammasso della Vergine contiene 2500 galassie diametro di ~10 milioni di ly distanza di ~55 milioni di ly Astronomia Lezione 1 29

30 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. AA 2008/2009 Astronomia Lezione 1 30

31 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. 31

32 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. AA 2008/2009 Astronomia Lezione 1 32

33 Dimensioni tipiche km Diametro della Terra km Diametro del Sole km = 1 AU Distanza Terra-Sole 60 AU Diametro dell orbita di Nettuno AU = 4.2 ly Distanza di Proxima Centauri dal Sole ly Distanza del Sole dal centro della Via Lattea ~105 ly Diametro della Via Lattea ~107 ly Diametro dell Ammasso della Vergine ~6 108 ly Diametro tipico di un Supermasso ~ ly oggetto più distanto noto (Quasar) AA 2008/2009 Astronomia Lezione 1 33

34 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). Le distanza angolari sono misurate in gradi ( ) minuti ( ) e secondi ( ) d arco. 1 = 60 (minuti d arco) 1 = 60 (secondi d arco) 34

35 Rule of Thumb 35

36 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 α Dimensione lineare D Distanza d Relazione che collega la dimensione lineare (D), quella angolare (α, in rad) e la distanza radiale (d): D = α d Equivalentemente, esprimendo α in arcsec: D = α d 206, = π 180 = arcsec deg deg rad 36

37 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 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 = m 37

38 Sommario Dimensioni, le distanze ed i tempi scala tipici che caratterizzano gli oggetti astronomici. 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 = m ~ 63,000 AU Parsec (pc): 1 pc = 3.26 ly = 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 38