Astronomia
Lezione 2/10/2014
Docente: Alessandro Melchiorri
e.mail:alessandro.melchiorri@roma1.infn.it Slides delle lezioni:
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Astronomia
Lezione 2/10/2014
Libri di testo consigliati:
- Universe, R. Freedman, w. Kaufmann, W.H.
Freeman and Company, New York
- An introduction to modern astrophysics
B. W. Carroll, D. A. Ostlie, Addison Wesley
Perche’ studiare Astronomia ?
Pale Blue Dot (in italiano pallido punto
blu o pallido puntino azzurro) è una fotografia della Terra scattata nel 1990 dalla sonda Voyager 1, quando si trovava a sei miliardi di chilometri di distanza. L'idea di girare la fotocamera della sonda e scattare una foto della Terra dai confini
del sistema solare è stata dell‘astronomo e divulgatore scientifico Carl Sagan.
«L’astronomia è un'esperienza di umiltà e che forma il carattere. Non c'è forse migliore
dimostrazione della follia delle vanità umane che questa distante immagine del nostro
minuscolo mondo. Per me, sottolinea la nostra responsabilità di occuparci più gentilmente l'uno dell'altro, e di preservare e proteggere il pallido punto blu, l'unica casa che abbiamo mai conosciuto. »
Perche’ studiare Astronomia ?
Articoli scientifici negli ultimi 20 anni: l’astronomia/astrofisica e’ oggi tra le piu’ vitali tra le scienze fisiche.
Perche’ studiare Astronomia ?
• Scoperta di pianeti extrasolari (1996)
• Altri «pianeti» nel sistema solare (fascia di Kuiper) 2003UB313. Downgrading di Plutone.
• Le missioni spaziali quali Spirit e Opportunity hanno confermato l’esistenza nel passato di acqua su Marte. Altre missioni su Titano, comete, asteroidi. Curiosity ha appena cominciato.
• La conoscenza riguardo Giove e Saturno e le loro lune (Io, Europa, Ganimede, Callisto, Titano) e' notevolmente aumentata grazie alle missioni Galileo e Cassini.
• Progressi nello studio della formazione delle galassie (molte, se non la maggior parte, delle galassie hanno al loro centro un o piu’ buchi neri).
• Studio del Buco Nero supermassivo tramite moto delle stelle al centro della nostra galassia.
• Scoperta della radiazione di fondo cosmico, immagine dell’ universo primordiale (Premio Nobel in Fisica nel 1977) e scoperta di strutture in essa (Premio Nobel in Fisica nel 2006).
• Universo delle altissime energie (Raggi Cosmici, X, Premio Nobel in Fisica nel 2002)
• Pulsars, onde gravitazionali (Premio Nobel in Fisica nel 1993).
• Una forma di energia sconosciuta «energia oscura» sembra dominare la dinamica del nostro universo (Premio Nobel in Fisica nel 2011). Allo stesso tempo sembra sia necessaria una
“materia oscura” per spiegare la formazione delle galassie e strutture piu' grandi.
Perche’ studiare Astronomia ?
Negli ultimi anni si sono avute diverse nuove scoperte fondamentali !
Tramonto del sole su Marte visto da Spirit (2005)
Panorama Marziano visto dalla sonda Opportunity (in funzione da 11 anni su Marte!)
Nuovi risultati dalla
sonda Curiosity atterrata su marte in Agosto 2012.
Missione DAWN (Cerere e Vesta)
La missione DAWN, lanciata il 27/9/2007, e’ la prima missione ad orbitare intorno a due
planetoidi nella fascia degli asteroidi: Cerere e Vesta.
L’idea e’ quella di capire la formazione del sistema Solare, Vesta e Cerere sono molto diversi e si pensa Che vi possano essere tracce di acqua su Cerere.
DAWN ha gia’ orbitato lungo Vesta scattando delle Fotografie impressionanti a circa 5000 Km di distanza.
Ha lasciato l’orbita di Vesta lo scorso Settembre e Arrivera’ su Cerere nel Febbraio 2015.
Vesta vista da DAWN
Vesta e’
l’asteroide piu’ luminoso (si puo’ vedere ad occhio nudo).
La sua superficie e’ piu’ o meno quella del Pakistan.
DAWN ha Scoperto un enorme cratere nel polo sud
A cui e’ stato dato Il nome di
Rheasilvia.
Il periodo di
rotazione e’ circa 5 ore.
Le lune di Giove viste dal satellite
Galileo
Io
Si presenta roccioso con una elevatissima attività vulcanica.
Immagine di Io fornita dalla sonda “New Horizons” diretta verso Plutone
Europa
Anche se principalmente roccioso Europa e’ ricoperto di uno strato molto liscio di acqua ghiacciata.
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).
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 ?
Missione Cassini e sonda Huygens su Titano
Huygens e’ la prima sonda ad atterrare su di un corpo celeste del sistema solare «esterno».
Titano si trova a temperature di circa -190°
La sonda Cassini ha evidenziato laghi di metano (uno scoperto recentemente lungo l’equatore).
Piu’ di laghi si tratta di paludi (profondita’ di qualche metro).
Missione Kepler
Lanciata nel 2009, ha l’obbiettivo di individuare esopianeti (pianeti su altri sistemi solari) tramite Il metodo dei transiti.
Al 2012 ha individuato piu’ di 2000 candidati (77 confermati tramite misure Doppler).
Ogni stella nella via Lattea ha in media 1.6 pianeti.
Vi sono centinaia di miliardi di pianeti nella nostra Galassia !!!
Al momento, circa 200 dei candidati hanno taglia simile a quella terrestre.
Si stima che entro mille anni luce dalla terra vi siano circa 30.000 pianeti abitabili.
Lo scorso Febbraio 2014 Kepler ha annunciato la scoperta di circa 750
nuovi esopianeti.
Aprile 2014: Kepler scopre un esopianeta di taglia
terrestre nella zona abitabile di una nana rossa.
Hubble Space Telescope
Nebulosa dell’Aquila
Supernovae
Lenti Gravitazionali
Bullet Cluster
Mappa dell’ Universo Primordiale (13.8 miliardi di anni fa)
Presa dal satellite WMAP
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.
Il moto retrogrado dei pianeti
Alcune stelle pero’ mostrano di non seguire l’andamento delle stelle fisse ma sono come erranti, queste sono chiamate «pianeti» (dal termine di «vagabondo» in greco».
In particolare un pianeta come Marte si muove lentamente da ovest ad est rispetto alle stelle fisse ma poi «tornare indietro» ad un certo momento per poi ritornare al moto
normale.
Ipparco (150 a.c.) risolse il problema del moto retrogrado mettendo i pianeti a
Ruotare attorno a dei piccoli epicicli che a loro volta ruotavano in modo piu’ ampio Attorno alla terra lungo un deferente.
Il sistema Tolemaico
Con il progredire delle osservazioni il sistema degli epicicli non andava piu’ bene.
Tolomeo (circa 100 d.c.) introduce allora l’equante. Gli epicicli ruotano circolarmente a velocita’ angolare costante intorno all’equante che e’ dislocato rispetto al centro
del deferente (centro della terra). L’idea platonica di moto circolare uniforme e’ praticamente scomparsa. Il modello tolemaico divenne sempre piu’ complesso aggiungendo «epicicli»
ulteriori negli anni ma non venne messo in discussione per secoli.
La rivoluzione Copernicana
Il modello Copernicano era molto piu’
semplice e permetteva di risolvere anche altri punti:
- Mercurio e Venere vengono visti
al massimo ad una distanza di 28° e 47°
rispettivamente dal Sole (non sono mai in opposizione). Per questo prendono il nome e di pianeti inferiori o interni. Si definiscono Massima Elongazione est o ovest le loro massime distanze angolari dal Sole. Solo
questi pianeti possono trovarsi tra la terra ed il Sole (congiunzione inferiore).
- Gli altri pianeti (Marte, Giove, Saturno, etc) sono su orbite esterne, si chiamano pianeti superiori o esterni si possono trovare in opposizione e congiunzione (vedi figura).
Modello Copernicano e Pianeti
«Retrogradi»
Il sistema Copernicano spiega in modo elegante il moto retrogrado di pianeti come Marte.
La Terra occupando una orbita piu’ interna ruota piu’ velocemente di Marte attorno al Sole. Il passaggio in 3,4,5 di Marte in opposizione spiega l’apparente moto retrogrado del pianeta.
Periodo siderale e periodo sinodico
Una caratteristica delle configurazioni
planetarie che si verificano fra i pianeti, è che esse si ripetono regolarmente dopo un certo numero di giorni, il periodo sinodico, il quale dipende dalla combinazione dei rispettivi moti di rivoluzione dei pianeti (periodo siderale) con quello della Terra.
Il nostro pianeta infatti, per effettuare due successivi allineamenti con un altro pianeta, impiega un tempo maggiore di quello
occorrente per completare un'orbita completa, in quanto per raggiungere l'altro corpo celeste, che si è nel frattempo spostato, deve
percorrere un altro tratto di orbita in più.
Es. Marte:
Periodo Siderale: 686 giorni Periodo Sinodico: 780 giorni
Es. provare a dimostrare che:
