Astronomia
Lezione 9/10/2015
Docente: Alessandro Melchiorri
e.mail: alessandro.melchiorri@roma1.infn.it
Sito web per le slides delle lezioni:
oberon.roma1.infn.it/alessandro/astro2015
Libri di testo consigliati:
●
Universe, R. Freedman, w. Kaufmann, W.H.Freeman and Co., New York
●
An introduction to modern astrophysics, B. W. Carroll, D. A. Ostlie, Addison Wesley
Astronomia
Lezione 9/10/2015
Pianeti del Sistema Solare
I Pianeti Gioviani
Giove
Immagine di Giove
scattata dal Voyager 1979
Sonda Galileo
Lanciata nel 1989, ha raggiunto Giove dopo 4 anni e osservato per 8.
Sonda Galileo
Sfortunatamente l'antenna non si aprì completamente. Galileo doveva mandare Dati al tasso di circa 140 Kbit/s...fu necessario usare un antenna secondaria con Un rate di 16 bit/s...dopo varie ottimizzazioni si raggiunse 1 Kbit/s.
Atmosfera Gioviana
Le fasce brune e chiare sono nuvole dell’atmosfera gioviana trascinate dalla sua rotazione veloce.
Zone equatoriali ruotano più velocemente delle zone polari.
Non si sa bene perché alcune siano
chiare e altre meno (chiare piu’ profonde e più calde, scure meno profonde).
Sono evidenti delle regioni in cui hanno luogo delle tempeste.
La zona rossa di Giove e’ una tempesta che dura da secoli.
Altre si formano di continuo.
Campo Magnetico di Giove
Giove ha un fortissimo campo magnetico.
Questo crea una magnetosfera che intrappola Le particelle cariche e le fa emettere una
Radiazione di sincrotrone.
Sono evidenti anche le aurore.
Il campo magnetico è generato dalla
Rotazione di idrogeno ed Elio metallici all’interno.
Le lune di Giove
Io
Si presenta roccioso con una elevatissima attività vulcanica.
Le eruzioni su Io assomigliano piu’
a dei geyser che a delle esplosioni vere e proprie.
Il materiale rilasciato e’ zolfo probabilmente.
Ci sono zone bianche di anidride solforosa.
Non c’e’ acqua su Io.
L’attività vulcanica è data dai moti mareali con Giove e forse dall’interazione con il suo campo magnetico.
Immagine scattata dalla sonda
New Horizons
durante il suo viaggio verso Plutone
Nel 2007.
Eruzione del Vulcano Tvashtar su Io
(la piuma e' alta circa 330 km).
Europa
Anche se principalmente roccioso Europa e’ ricoperto di uno strato molto liscio di acqua ghiacciata.
Europa
Sulla superficie di Europa si vedono vulcani di acqua ed un network di canali.
Si suppone che sotto la crosta ghiacciata vi sia un oceano con forse organismi monocellulari.
Europa e’ piu’ caldo all’interno sempre per via delle forze mareali di Giove.
Europa
Europa
Europa
Ganimede
E’ il satellite più grande del sistema solare ed è più grande di mercurio.
Ha due zone:
- Terreno scuro (con molti crateri) piu’ antico.
- Terreno chiaro (con meno crateri) piu’ giovane.
I crateri più giovani hanno
zone bianche di acqua ghiacciata.
Ganimede possiede un campo magnetico come Mercurio (anzi 2 volte piu’ forte).
Ganimede
La superficie scura presenta come delle «rughe» e molti crateri.
La superficie chiara ha degli incavi lunghi anche centinaia di chilometri. Si vede come del ghiacchio che e’ fuoriuscito da piccoli crateri.
In pratica Ganimede si pensa avere un nucleo metallico di circa 500 km circondato da ghiaccio con spessore di 800 km. Ci potrebbe essere anche dell’acqua liquida anche se Ganimede è lontano da Giove e gli effetti di marea potrebbero non riscaldare il suo interno.
Callisto
Ha una superficie di ghiaccio «sporco».
Non c’e’ segno di attività geologica.
Possiede un campo magnetico che varia lungo l’orbita:
Questo potrebbe suggerire un oceano sotto la crosta.
Tuttavia è troppo freddo per avere acqua liquida. C’e’ ammoniaca che serve come anticongelante ?
Callisto
I crateri di circa 1 Km su Callisto non ci sono, mentre ci sono su Ganimede.
Perché ?
4 satelliti molto diversi
Io e Europa sono grandi come la Luna e sono rocciosi.
Ganimede e Callisto sono grandi come Mercurio e sono fatti al 50% di ghiaccio.
Altri satelliti di Giove
Giove ha altri 59 satelliti.
4 (piccoli) sono su orbite più interne di Io.
I 4 satelliti galileiani più questi quattro ruotano sul piano
equatoriale di Giove nello stesso senso di rotazione di Giove.
I restanti 55 sono su orbite molto più esterne. 48 fra questi
orbitano in senso opposto al senso di rotazione di Giove
e si pensa che quindi non si siano formati con Giove ma siano stati catturati in seguito.
Saturno
Saturno
Anche Saturno, come Giove, mostra delle bande piu’ scure e bande più chiare ma in modo meno marcato. Questo è dovuto alla differente composizione dell’atmosfera.
Saturno ha una densità minore di quella dell’acqua.
Al contrario di Giove non mostra grandi quantità di Elio nell’atmosfera.
Si pensa che l’Elio ci sia comunque ma negli strati piu’ bassi e non visibili.
Si dovrebbero formarsi come delle gocce di Elio che vanno a depositarsi più
in basso. La frizione delle gocce con l’atmosfera sarebbe responsabile dell’emissione di saturno (Saturno emette il doppio della radiazione che riceve).
Anelli di Saturno
Anelli di Saturno
Notati da Galileo come una protuberanza che appariva e spariva.
Huygens propone che Saturno sia circondato da un sottile anello.
Anelli di Saturno
Vengono suddivisi in anelli A, B e C. L’anello C e’ difficile da vedere. Tra A e B c’e’ una fessura detta divisione di Cassini di circa 4500 km.
Fino al 2025 vedremo gli anelli da Terra così (dall’alto).
Limite di Roche e Formazione degli Anelli
Anelli di Saturno
La missione Cassini ha Rivelato che ogni zona e’
In realtà formata da molti Piccoli anelli.
Nella zona A vi e’ una fenditura detta di Encke.
E’ stato scoperto anche un anello più esterno
di soli 100 km di diametro detto anello F.
Maggiore concentrazione di particelle, più
l’anello riflette.
Anelli di Saturno
In questa foto e’ possibile vedere gli effetti gravitazionali del satellite prometeo sugli anelli più esterni.
Altri anelli
Si sono osservati anelli più interni (D) e anche più esterni (G ed E).
Il satellite Enceladus e’ nell’orbita dell’anello E e si suppone che l’anello stesso sia prodotto dall’attività vulcanica di questo satellite.
Satelliti Pastori
Titano
Titano è il più grande satellite
naturale del pianeta Saturno ed uno dei corpi rocciosi più massicci dell'intero sistema solare;
supera in dimensioni il pianeta Mercurio, per dimensioni e massa è il secondo satellite del sistema solare dopo Ganimede. Si tratta inoltre dell'unico satellite in possesso di una densa atmosfera, che in passato ha impedito uno studio dettagliato della sua superficie dalla Terra. Con la missione spaziale Cassini-
Huygens è stato possibile studiare l'oggetto da distanza ravvicinata ed il lander Huygens è atterrato con successo sul suolo titaniano.
L'atmosfera titaniana appare ricca di metano e la temperatura superficiale media è molto
vicina al punto triplo del metano dove possono coesistere le forme liquida, solida e gassosa di questo idrocarburo.
Titano
Atmosfera di azoto e con piogge di metano.
Lago di metano (Kraken) al polo grande quanto il mar caspio.
Altri satelliti di saturno
Urano
Orbita di Urano
Satelliti di Urano
Miranda
Tra i satelliti di Urano, Miranda ha una superficie molto strana, parte con crateri, parte con incavi. Al «sud» c’e’ una specie di morso con una variazione in altezza di 20 km.
Nettuno
Nuvole e tempeste su Nettuno
A differenza di Urano, Nettuno mostra più attività atmosferica con tempeste.
E’ più lontano dal Sole di Urano quindi ci si aspetterebbe meno attività.
Molto probabilmente Nettuno ha un nucleo che si sta ancora contraendo e rilascia energia.
Tritone
La luna maggiore di Nettuno è Tritone.
Ha le dimensioni più o meno della luna.
Non ci sono crateri quindi ha attività sismica dovuta ai moti mareali con Nettuno.
Superficie con vulcani, pianure e con una retina come una
superficie di un melone.
La temperatura superficiale è di appena 38 K, sufficiente ad avere Azoto in forma di ghiaccio !
L’orbita di Tritone sta con il tempo diminuendo e finirà su Nettuno.
Plutone e Caronte
Pianeti Trans-Nettuniani
Fascia di Kuiper
La Fascia di Kuiper (o Fascia di Edgeworth-Kuiper) è una regione del Sistema Solare che si estende dall'orbita di Nettuno (alla distanza di 30 UA) fino a 50 UA dal Sole. Si tratta di una fascia di asteroidi esterna rispetto all'orbita dei pianeti maggiori.
Nella fascia sono stati scoperti più di 800 oggetti (Kuiper belt objects, o KBO). Il più grande è il pianeta nano Eris, scoperto nel 2005; prima di allora si riteneva che il primato spettasse a Plutone, assieme al suo satellite Caronte; intanto a partire dall'anno 2000 sono stati trovati altri oggetti di dimensioni ragguardevoli: 50000 Quaoar, scoperto nel 2002, è grande la metà di Plutone, e quindi è più grande del maggiore degli asteroidi tradizionali, Cerere. Gli altri KBO sono progressivamente più piccoli. L'esatta classificazione di questi oggetti non è chiara,
perché sono probabilmente molto differenti dagli asteroidi più interni.
Nube di Oort
La nube di Oort è un'ipotetica nube sferica di comete posta tra 20.000 e 100.000 UA, o 0,3 e 1,5 anni luce dal Sole, cioè circa 2400 volte la distanza tra il Sole e Plutone.
Questa nube non è mai stata osservata perché troppo lontana e buia perfino per i telescopi odierni, ma si ritiene che sia il luogo da cui provengono le comete di lungo periodo (come la Hale-Bopp e la Hyakutake, recentemente avvistate) che attraversano la parte interna del sistema solare. Le comete dette di corto periodo (tra le quali laHalley è la più famosa) potrebbero invece venire dalla fascia di Kuiper.
Coordinate Celesti
Cominciamo a trattare le coordinate celesti ...
Gli argomenti trattati li trovate
maggiormente su questo libro.
La Sfera Celeste
Platone (350 A.C.) fu forse il primo a proporre un modello geocentrico con le stelle fisse che ruotano su di una «sfera celeste» con un asse Che passa attraverso il polo nord e sud della terra identificando un Polo nord e sud celeste.
Trigonometria Sferica
Data una sfera e’ possibile individuare dei cerchi come intersezioni tra la superficie della sfera e dei piani.
Se un piano contiene il centro della sfera questo prende il nome di cerchio massimo (Great Circle).
Gli altri cerchi prodotti da intersezioni con piani non contenenti il
centro si chiamano cerchi minori (small circle).
Due punti collegati da una retta passante per il centro ed ortogonale ad un
cerchio massimo si chiamano poli del cerchio massimo.
Trigonometria Sferica
Si chiama triangolo sferico un triangolo sulla superficie sferica i cui lati siano tre archi di cerchi massimi AB, BC, CA.
Gli angoli corrispondenti a questi archi sono c, a e b.
La lunghezza di un arco |AB| se la sfera è di raggio r è data da:
dove c è in radianti.
La somma degli angoli A, B e C del triangolo sferico non e’ 180° ma e’ maggiore per un eccesso E dato da:
si puo’ dimostrare che l’area del triangolo sferico e’ allora (con E in radianti):
Trigonometria Sferica
Dato un sistema di assi cartesiani xyz centrato nella sfera un qualunque punto P sulla sfera puo’ essere individuato dagli angoli q e y come in figura.
Consideriamo anche un nuovo sistema di riferimento x’ y’ z’ ruotato lungo x di un angolo c come in figura.
Si ha che:
Trigonometria Sferica
Data questa rotazione le
coordinate cartesiane saranno legate da:
e usando le relazioni precedenti otteniamo le seguenti equazioni tra gli angoli:
Coordinate terrestri
Ogni punto sulla terra puo’ essere identificato tramite due coordinate.
Il piano di riferimento e’ il piano equatoriale che è ortogonale all’asse della rotazione terrestre e che contiene il centro della terra.
La sua intersezione con la sfera terrestre disegna l’equatore.
I cerchi minori paralleli all’equatore sono detti paralleli.
I semi archi di cerchio massimo che collegano i due poli sono detti meridiani.
Dato un punto la sua longitudine e’ l’angolo che forma il meridiano passante per il punto con Il meridiano fondamentale passante per Greenwich.
si misura generalmente in ore [0-24], incrementando andando verso ovest pero’
vi sono convenzioni diverse.
Con latitudine si definisce la latitudine geografica che e’ l’angolo che forma il filo a piombo con il piano equatoriale. E’ positivo nell’emisfero nord, negativo in quello sud
[es. 90° al polo nord, -90° al polo sud]. Si puo’ facilmente misurare misurando l’altezza del polo celeste (misurare la longitudine e’ molto piu’ difficile).
Coordinate terrestri
La terra non è però sferica ma e’ uno sferoide oblato.
L’angolo tra la retta perpendicolare alla tangente in un punto e l’equatore e’ detta
latitudine geodetica ed e’ molto simile alla latitudine geografica.
Tuttavia il filo a piombo non puntera’ verso il centro dello sferoide (lo fa solo sull’equatore e ai poli).
Si chiama latitudine geocentrica l’angolo
tra la retta passante tra il centro dello sferoide ed il punto e il piano dell’equatore.
Se f è la latitudine geografica e f’ la latitudine geocentrica si ha:
La Sfera Celeste
Platone (350 A.C.) fu forse il primo a proporre un modello geocentrico con le stelle fisse che ruotano su di una «sfera celeste» con un asse Che passa attraverso il polo nord e sud della terra identificando un Polo nord e sud celeste.
Coordinate orizzontali o altazimutali
Il piano di riferimento e’ l’orizzonte., il piano tangente alla terra che contiene l’osservatore.
La retta perpedincolare all’orizzonte passante per l’osservatore identifica due poli celesti:
lo Zenith (sopra l’osservatore) ed il Nadir (il polo opposto).
I cerchi massimi attraverso lo Zenith sono chiamate verticali ed intersecano l’orizzonte perpendicolarmente.
Le circonferenze minori formate dai punti di uguale altezza sono i cerchi d'altezza o almucantarat.
Quindi come coordinate si usano:
l‘altezza (a) è l’angolo dell'astro dall'orizzonte, e varia tra -90° e +90°.
Si usa anche la distanza di zenith z con z=(90° -a)
l‘azimut (A) è l’angolo tra il punto Sud e il piede dell'astro
(corrispondente alla distanza angolare tra meridiano locale e meridiano passante per l'astro), misurata in senso orario, e varia tra 0° e 360°. Attenzione pero’ che la definizione cambia !!
Coordinate orizzontali o altazimutali
In questo sistema di riferimento le stelle si muovono da Est ad Ovest. Le coordinate di una stella dipendono quindi dal tempo.
Non solo, il sistema di riferimento dipende dalla posizione sulla terra dell’osservatore.
In figura vediamo il moto delle stelle visto da un osservatore a due latitudini diverse.
Chiaramente non possiamo costruire un catalogo astronomico di stelle usando queste coordinate !!!
Coordinate Equatoriali
Il sistema equatoriale usa come cerchi
di riferimento l'equatore e il meridiano passante per il
punto gamma g. Il punto g corrisponde all’intersezione tra il piano dell’equatore e quello dell’eclittica dove ha luogo
La rivoluzione terrestre intorno al sole. Le coordinate sono la declinazione d e l'ascensione retta a, misurate a partire,
rispettivamente, dall'equatore verso il Polo Nord celeste (vicino alla stella polare) e dal punto gamma g in senso antiorario.
Il moto diurno delle stelle avviene parallelamente all'equatore celeste e il punto gamma si comporta come un qualsiasi oggetto celeste, per cui le coordinate equatoriali non cambiano con il trascorrere del tempo. Questo sistema di coordinate si muove, nelle 24 ore, insieme ai corpi celesti ed è indipendente dalla latitudine del luogo.
a si misura in ore, minuti, secondi (di tempo);
d si misura in gradi, primi, secondi (d'arco)
Coordinate Equatoriali
Il punto gamma vernale è anche noto con il nome di punto dell'Ariete o primo punto d'Ariete perché in corrispondenza dell'equinozio di primavera di circa 2100 anni fa (più precisamente nel periodo 2000 a.C. ÷ 100 a.C.), il Sole si trovava
nella costellazione dell'Ariete. Oggi a causa della precessione degli equinozi non è più così e in corrispondenza dell'equinozio di primavera il Sole si trova nella costellazione dei Pesci; a partire dal 2700 d.C. si troverà in quella dell'Acquario e così via fino al completamento dell'intero zodiaco.
Il moto del sole sulla sfera celeste cambia nei giorni dato che il piano dell’equatore Interseca quello dell’eclittica. Il moto del sole apparira’ quindi andare da sud a nord nell’equinozio vernale (in primavera) e da nord a sud nell’equinozio autunnale
(detto punto omega o della Bilancia).
