Docente: Marco De Petris Docente: Marco De Petris

Astronomia

Lezione 17/11/2011

Docente: Marco De Petris Docente: Marco De Petris

e.mail: marco.depetris@roma1.infn.it

Libri di testo:

‐ Elementi di Astronomia, P. Giannone, Pitagora Editrice

‐ Practical Astronomy with Your Calculator, Peter Duffett‐Smith, 

Cambridge University Press. 

A t i O ti Astronomia Osservativa

dove osservare?

 C di t C l ti

 Coordinate Celesti

con che cosa osservare?

 Telescopi Telescopi come osservare?

come osservare?

 Montature e Sistemi di puntamento

C di t C l ti Coordinate Celesti

Come determinare la posizione degli oggetti sulla sfera celeste?

Come determinare la posizione degli oggetti sulla sfera celeste?

Definire un sistema di coordinate sferiche con un opportuno

 1 f

 1 piano di riferimento,

 2 poli e

 1 meridiano “zero”

Esempio noto: coordinate geografiche Piano di riferimento: Equatore terrestre Piano di riferimento: Equatore terrestre Poli: Nord e Sud

Meridiano zero: Royal Observatory, Greenwich (UK)

Latitudine ( 90° << +90°) e Longitudine ( 180° < < +180°) Latitudine (-90 << +90 ) e Longitudine (-180 < < +180 )

C di t C l ti Coordinate Celesti

Sistemi di coordinate

LOCALI: dip posizione dell’osservatore & istante di osservazione LOCALI: dip. posizione dell osservatore & istante di osservazione ASSOLUTI: indip. da …. e quindi adatti per cataloghi astronomici

 Altazimutali (A,h) Orizzonte dell’osservatore

ALE

Piano di riferimento

( )

 Equatoriali locali o orarie (H,) Equatore celeste

LOCAUTE

 Equatoriali celesti (,) Equatore celeste

 E li i li ( )

ASSOLU

 Eclitticali (,) ^Eclittica

 Galattiche ( l ^, b ) Piano galattico

A

( )

 Supergalattiche (SGL,SGB) Piano supergalattico

C di t C l ti Coordinate Celesti

Altazimutali (A,h) o orizzontali

POLO NORD

CELESTE ZENITH

Altazimutali (A,h) o orizzontali

Piano di riferimento:

Orizzonte astronomico

CELESTE

PNC ZENITH

Poli:

Zenith & Nadir Meridiano zero:

parallelo Meridiano celeste

cerchio Meridiano zero:

Meridiano celeste (Z-PNC)

celeste verticale

Azimuth 0° < A < 360°

h

A _orizzonte

astronomico (da Nord*, orario - terna destrogira)

Altezza (Elevazione) -90° < h < +90°

Angolo zenitale 0° < z < 180°

A

PSC POLO

g

 Latitudine (geo) del luogo di osservazione

POLO SUD

CELESTE N.B. Coordinate locali

Linea dei poli = asse di rotazione della Terra

NADIR

* WARNING: In alcuni casi si considera l’azimuth a partire da Sud (vd ad esempio Meeus)

C di t C l ti Coordinate Celesti

Equatoriali locali o orarie (H )

POLO NORD

CELESTE ZENITH

Equatoriali locali o orarie (H,)

Piano di riferimento:

Equatore celeste

CELESTE

PNC ZENITH

Meridiano celeste

Equatore celeste Poli:

Poli celesti

Meridiano zero:

Meridiano zero:

Meridiano celeste (Z-PNC) Angolo orario 0^h < H < 24^h

 H

g

(da M, orario - terna destrogira) Declinazione -90° <  < +90°

PSC

Equatore

celeste (1^h = 15°; 1^m = 15’ ; 1^s = 15”)

PSC POLO SUD

CELESTE N.B. Coordinate locali

.. anche se  non dipende dall’oss. e

NADIR

M (mezzocielo) = intersezione meridiano

dall’istante di osservazione

M (mezzocielo) = intersezione meridiano

celeste con equatore celeste più vicina al Sud

C di t C l ti Coordinate Celesti

Visibilità delle sorgenti celesti g

Moto apparente da Est verso Ovest

 > 90°  circumpolari visibili

 > 90 - circumpolari visibili

 -90°<  <90°- sorgono e tramontano (se  = 0° arco diurno = 12 ore)

 <  - 90° circumpolari non visibili

 <  - 90 circumpolari non visibili

Culminazione al passaggio del meridiano Superiore H = 0^h

Inferiore H = 12^h

http://www.astrosurf.com/cosmoweb/cielo/index.html

Inferiore H 12

C di t C l ti

Stima del tempo di

Coordinate Celesti

Stima del tempo di esposizione della foto

12°  48 min

C di t C l ti Coordinate Celesti

Eclittica

Prima di introdurre le coordinate

celesti assolute …

Eclittica

Cerchio massimo sul quale si “muove” il Sole.

Il Sole si muove di circa 1°/giorno, in senso diretto (i.e. antiorario, verso Est).

Equatore ed eclittica si intersecano in due punti Equatore ed eclittica si intersecano in due punti opposti, detti equinozi.

In entrambi i punti si ha _ = 0°.

Il punto vernale (passaggio Sole sotto sopra Il punto vernale (passaggio Sole sotto-sopra Equatore) si indica usualmente con il segno astrologico dell’Ariete , graficamente



obliquità dell’eclittica

approssimato con la lettera greca

.

Il punto di autunno con il segno astrologico della Bilancia , approssimato con la lettera greca





chiamano solstizi chiamano solstizi.

La declinazione del Sole in questi punti è _ = 



C di t C l ti Coordinate Celesti

Equatoriali ( ) o ( ^{RA Dec} ) Equatoriali (,) o ( ^{RA, Dec} )

Piano di riferimento:

Equatore celeste

POLO NORD CELESTE ZENITH

Equatore celeste Poli:

Poli celesti

Meridiano zero:

PNC

Meridiano zero:

Coluro dell’equinozio vernale

 



Ascensione Retta 0^h <  < 24^h (da



N B verso opposto a H

Equatore celeste

PSC POLO SUD

N.B. verso opposto a H

Declinazione -90° <  < +90°

celeste

CELESTE

N.B. Coordinate assolute

NADIR

In realtà come vedremo il punto vernale così come l’obliquità dell’eclittica non In realtà, come vedremo, il punto vernale così come l obliquità dell eclittica non

rimangono costanti e quindi le coordinate equatoriali devono essere corrette.

C di t C l ti

POLO

NORD

Coordinate Celesti

ZENITH NORD

CELESTE PNC

Tempo Siderale Tempo Siderale

t_s = Angolo Orario del punto vernale,  ^e quindi anche il tempo siderale si misura in H

quindi anche il tempo siderale si misura in h, m, & s. Varia da 0^h a 24^h a causa della rotazione della Terra.

 t_s Per ogni posizione in cielo è soddisfatta la relazione:



t

= H + 

NADIR

PSC POLO SUD CELESTE

Culminazione superiore: H = 0  t_s =  Implicazioni osservative di stelle al

CELESTE Implicazioni osservative di stelle al meridiano superiore:

 noto t_s conosciamo 

 nota  conosciamo t_s

C di t C l ti

POLO

NORD

Coordinate Celesti

ZENITH NORD

CELESTE PNC

Tempo Siderale Tempo Siderale

Se assumessimo una rotazione della Terra

t t i d l di i t

H

costante in modulo e direzione, potremmo costruirci un orologio la cui lettura coincide ad ogni istante con t_s identificandolo con

 t_s

un tempo.

Tuttavia sia la direzione che il modulo del

 vettore rotazione diurna della Terra

mostrano andamenti secolari e fluttuazioni a corto periodo (vd dopo perturbazioni

NADIR

PSC POLO SUD CELESTE

a corto periodo (vd dopo perturbazioni delle coordinate) che sono ben misurabili.

Si deve dunque fare molta attenzione nell'uso di t come unità di tempo

CELESTE nell uso di t_s come unità di tempo.

C di t C l ti

POLO

Coordinate Celesti Eclitticali ( )

NORD CELESTE PNC POLO

NORD ECLITTICALE

PNE

Eclitticali (,)

Piano di riferimento:

Piano dell’Eclittica

PNE

Piano dell Eclittica Poli:

Poli eclitticali Meridiano zero:

Meridiano zero:

Meridiano eclitticale per 

Longitudine eclittica 0° <  < 360°



Equatore celeste

g

(da



Latitudine eclittica -90° <  < +90°

 

Latitudine eclittica -90 <  < +90

PSC POLO SUD CELESTE

PSE POLO SUD

N.B. Coordinate assolute Utili per astronomia planetaria

CELESTE SUD

ECLITTICALE Utili per astronomia planetaria

(pianeti orbite quasi complanari con l’eclittica)

C di t C l ti Coordinate Celesti

Galattiche (l b) Galattiche (l,b)

Piano di riferimento:

Piano galattico (*) Piano galattico ( ) Poli:

Poli galattici

PD-USGov-NASA, PD-USGov-NASA/copyright

Longitudine galattica 0° <

l

(angolo eliocentrico da Centro Galassia (Sagittario) antiorario Galassia (Sagittario), antiorario (diretto)

Latitudine galattica -90° <

b

Le coordinate galattiche non sono mai usate per dare posizioni di alta precisione

precisione

C di t C l ti

POLO NORD

CELESTE

Coordinate Celesti

Galattiche (l b)

CELESTE POLO PNC

NORD

GALATTICO

Galattiche (l,b)

Piano di riferimento:

Piano galattico (*)

PNG

b Piano galattico ( )

Poli:

Poli galattici b

l Longitudine galattica 0° <

l

(angolo eliocentrico da Centro Galassia (Sagittario) antiorario

PSC

POLO SUD

GALATTICO PSG

Galassia (Sagittario), antiorario (diretto)

Latitudine galattica -90° <

b

PSC POLO SUD CELESTE

(*) piano fondamentale definito dalla distribuzione nello spazio della materia presente nella Via Lattea tramite:

 conteggi di stelle (l^I b^I) o

 conteggi di stelle (l ,b) o

 nubi di idrogeno neutro interstellare (l^II,b^II) mappate tramite l’intensità della riga a 21 cm (freq=1420 MHz) che, non essendo affetta da

assorbimento interstellare, è il solo metodo ora usato e quindi indicato assorbimento interstellare, è il solo metodo ora usato e quindi indicato semplicemente con (l,b)

C di t C l ti Coordinate Celesti

Galattiche (l b)

Galattiche (l,b)

Centro Galattico (GC)

Coordinate equatoriali del:

ca

(GC)

_GC = 17^h 45^m 37.224^s

_GC = −28° 56′ 10.23″

egalattic +2° GC

(J2000) GC

(circa radio sorgente Sagittario A)

Polo Nord Galattico

Ch d X Ob t

13° Longitudine galattica 347°

tidudine -2°

_PNG = 12^h 51^m 26.282^s Polo Nord Galattico (PNG)

Chandra X-ray Observatory

Lat _PNG

_PNG = +27° 07′ 42.01″

(J2000)

(circa costellazione Coma Berenice) Mosaico di 800000 mappe IR

acquisite dallo Spitzer Space Telescope (NASA)

Sovrapposizione di 3 bande:

( )

Sovrapposizione di 3 bande:

blu 3.6 m, verde 8 m e rosso 24

m

C di t C l ti Coordinate Celesti

Galattocentriche Galattocentriche

Non si confondano le coordinate galattiche, il cui centro è sempre l'osservatore (o il Sole all'atto pratico), con le coordinate galattocentriche( p ), g

(X, Y, Z), che hanno lo stesso piano fondamentale, ma la cui origine è il centro della Via Lattea. La distanza del Sole da tale centro, situato nella

costellazione del Sagittario si stima a circa 8 kiloparsec costellazione del Sagittario, si stima a circa 8 kiloparsec.

Topocentriche e Geocentriche Topocentriche e Geocentriche

Le prime prevedono l’origine del sistema di riferimento nella posizione dell’osservatore (vd altazimutali) mentre le seconde il centro della dell’osservatore (vd altazimutali) mentre le seconde il centro della

Terra (vd equatoriali).

C di t C l ti Coordinate Celesti

Supergalattiche (SGL SGB) Supergalattiche (SGL,SGB)

Piano di riferimento:

Piano supergalattico (*) Piano supergalattico ( ) Poli:

Poli supergalattici

Longitudine supergalattica 0° <

l

< 360°

(angolo dal Centro Supergalattico

CSG PNSG

(angolo dal Centro Supergalattico antiorario (diretto)

Latitudine supergalattica -90° <

b

Mappa di galassie in coordinate galattiche: molte di queste galassie si distribuiscono

< +90°

Mappa di galassie in coordinate galattiche: molte di queste galassie si distribuiscono lungo un cerchio massimo (*) corrispondente al piano supergalattico visto da

“dentro”. La banda vuota orizzontale delinea l’equatore galattico.

C di t C l ti Coordinate Celesti

Supergalattiche (SGL SGB)

Ricostruzione del piano supergalattico

“ i t d ll’ lt ”

Supergalattiche (SGL,SGB)

Centro Supergalattico

Coordinate galattiche &

equatoriali del:

come “visto dall’alto”

Centro Supergalattico (SGC)

l=137.37°, b=0°

l 137.37 , b 0

_SGC = 2.82^h

_SGC = +59.5°

(J2000) (J2000)

Polo Nord Supergalattico (PNSG)

l =47.37°, b =+6.32°

_PNSG = 18.9^h

( )

_PNSG = =+15.7°

(J2000)

N.B. Coordinate assolute

C di t C l ti Coordinate Celesti

Supergalattiche (SGL SGB)

Supergalattiche (SGL,SGB)

C di t C l ti Coordinate Celesti

Perturbazione/Correzione coordinate Perturbazione/Correzione coordinate

Le coordinate di un oggetto celeste, anche quelle assolute, possono cambiare nel tempo Nonostante l’origine delle variazione abbia cause fisiche diverse si nel tempo. Nonostante l origine delle variazione abbia cause fisiche diverse, si è soliti trattare queste perturbazioni tutte insieme.

1. Precessione luni-solare 2. Precessione planetaria 3 Nutazione

Moti dell’equinozio

3. Nutazione 4. Parallasse 5. Aberrazione 6. Rifrazione

7. Deflessione gravitazionale della luce 8 Moti propri

Se ne deduce che alle coordinate di un oggetto celeste

d i di i l’E di if i t di t

8. Moti propri

deve sempre indicarsi l’Epoca di riferimento di queste.

C di t C l ti Coordinate Celesti

Precessione luni-solare

Attrazione gravitazionale del “bulge” equatoriale della Terra (sferoide oblato: semiasse equatoriale = 21km + semiasse polare) verso il piano della eclittica da parte degli altri corpi sistema solare, prevalentemente dalla Luna e dal Sole.

Siccome la Terra è in rotazione l’effetto netto è una lenta rotazione del suo asse di rotazione che descrive quindi un cono.

Il fenomeno della precessione luni-solare fu scoperto da Ipparco quando si accorse che le longitudini eclittiche delle stelle aumentavano regolarmente di circa 50” per anno. Un moto di rotazione della sfera celeste addizionale era necessario per p

spiegare l’effetto. Solo Copernico attribuì la rotazione aggiuntiva alla Terra e non alla sfera celeste. La spiegazione dinamica è dovuta a Newton nei Principia (1687).

La coppia risultante dall’attrazione gravitazionale sul rigonfiamento della Terra fa muovere il punto vernale in verso opposto al moto del Sole sull’eclittica di circa 50”.4 / anno Questo moto periodico ha un periodo lunghissimo pari a circa 50 .4 / anno. Questo moto periodico ha un periodo lunghissimo pari a circa

25.800 anni (anno platonico). Effetto risultante: variazione della posizione dei PC.

C di t C l ti Coordinate Celesti

Precessione luni-solare

http://it.wikipedia.org/wiki/Precessione_degli_equinozi

C di t C l ti Coordinate Celesti

Precessione planetaria p

La presenza “gravitazionale” dei pianeti, su orbite poco inclinate rispetto all’eclittica altera l’obliquità dell’eclittica (





L’ ff tt di t i è i di di t di i i t

L’effetto di questa precessione è quindi di segno opposto e di minore importanza rispetto alla precessione luni-solare.

Mentre la precessione planetaria è ben studiata dalla meccanica celeste, la precessione luni-solare necessita una buona modellizzazione delle masse all’interno della Terra.

La somma di queste 2 precessioni comporta la precessione generale.

C di t C l ti

27’ 45’

Coordinate Celesti

Posizione PNC

27 45

α Ursae Minoris

Tau’olunga http://en wikipedia org/wiki/Pole star

σ Octantis

Tau olunga

Posizione PSC

http://en.wikipedia.org/wiki/Pole_star

Tra circa 12000 anni l’asse di rotazione terrestre punterà verso la stella Vega.

C di t C l ti Coordinate Celesti

Nutazione

Con il termine nutazione si assommano un insieme di fenomeni a corto periodo che comportano la nutazione (dal latino oscillare) dell’equatore celeste rispetto all’eclittica. Il termine principale, scoperto da J. Bradley nel 1748, è dovuto all'influenza della Luna, il cui piano orbitale è inclinato di circa i = 5° 9’ su quellop q dell'eclittica.

Una rivoluzione completa della precessione lunare impiega 18.6 anni

Altre componenti della nutazione includono:

• la variabile distanza Terra-Luna (periodo 1 mese lunare)

• la variabile distanza Terra Sole (periodo 1 anno) anni.

• la variabile distanza Terra-Sole (periodo 1 anno)

• un insieme di cause geofisiche

L’effetto è anche in questo caso un movimento del punto vernale con conseguente variazione delle coordinate equatoriali.g

Servono oltre 110 termini per esprimere la nutazione con sufficiente

C di t C l ti Coordinate Celesti

Parallasse

La parallasse è la differenza di coordinate dovuta alla diversa posizione della Terra. La massima ampiezza viene raggiunta tra due posizioni opposte lungo l’ orbita (parallasse annua). Tanto più una stella è vicina tanto maggiore è la parallasse.

Parallasse diurna: dovuta al cambio del punto di osservazione a causa della p rotazione terrestre.

Unità di distanza:

Unità di distanza:

1 parsec (pc) = distanza di una stella per avere un

angolo di parallasse (annua) angolo di parallasse (annua) pari a 1 arcsec

1 pc = 1 UA/1”

1 pc 1 UA/1

= 1.49610⁸ km/4.8510^-6 rad

= 3.08610¹⁸ cm

= 3.26 anni luce