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(1)

Discovering the Universe

Eighth Edition

Discovering the Universe

Eighth Edition

Neil F. Comins • William J. Kaufmann III

CHAPTER 1

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(3)

Introdução

• Conteúdo:

• Localização de astros no céu noturno

• Principais movimentos da Terra • As estações do ano

• As fases lunares

• Os eclipses lunar e solar • Contagem do tempo

(4)

Introdução

• Em lugares escuros,

podemos observar mais objetos no céu noturno.

(5)

Introdução

• A poluição luminosa das cidades impede a

observação dos objetos menos brilhantes do céu.

(6)

Escalas do Universo

• Na astronomia, lidamos com partículas tão

pequenas quanto

aglomerado de galáxias gigantes.

• Na figura ao lado vemos a variação de tamanhos

(7)

Escalas do Universo

• Objetos de estudo da astronomia:

• Planetas – gasosos como Júpiter, ricos em hidrogênio e hélio; rochosos como a

Terra, ricos em ferro e níquel.

(8)

Escalas do Universo

• Objetos de estudo da astronomia: • Asteroides ou meteoroides – pedaços de rocha e metal remanescentes da formação planetária

(9)

Escalas do Universo

• Objetos de estudo da astronomia: • Cometas – pedaços de rocha e gelo remanescentes da formação planetária

(10)

Escalas do Universo

• Sol e estrelas –

objetos gasosos que produzem energia por reação termonuclear.

(11)

Escalas do Universo

• Objetos de estudo da astronomia: • Nebulosas – nuvens de gás e poeira distribuídas pela galáxia.

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Escalas do Universo

• Objetos de estudo da astronomia: • Galáxias – conjunto de estrelas e nebulosas.

(13)

Escalas do Universo

• Objetos de estudo da astronomia: • Buracos negros – regiões de alta densidade; não há emissão de luz.

(14)

Escalas do Universo

• Aglomerado de

galáxias – grupos de galáxias que são

mantidos juntos pela gravidade.

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Escalas do Universo

• Objetos de estudo da astronomia: • Gás intergaláctico – grandes quantidades de gás encontrados entre galáxias

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Configurações de Estrelas

• O olho humano é capaz de observar 6 mil estrelas no céu noturno.

• Certas configurações de estrelas brilhantes são chamadas de asterismos ou constelações. • Os nomes de muitas destas constelações derivam de lendas antigas.

(17)

Configurações de Estrelas

• Localização de estrelas • Hemisfério norte:

localize a Grande

Concha e imagine que ela se encontra sobre uma mesa.

• As duas estrelas mais afastadas do cabo da Grande Concha são chamadas de estrelas

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Configurações de Estrelas

• Localização de estrelas • Desenhe mentalmente

uma linha através das indicadoras afastando-se da mesa. • A primeira estrela brilhante que encontrar é a Polaris ou Estrela do Norte, localizada quase sobre o Polo Norte da Terra.

(19)

Configurações de Estrelas

• Localização de estrelas • Assim, sempre que

você estiver de frente para a Polaris, estará de frente para o norte. • Imagine agora, segurando o cabo da Grande Concha e batendo a concha contra a cabeça do Leão.

(20)

Configurações de Estrelas

• Localização de estrelas • A estrela mais brilhante desta constelação é Regulus. • Seguindo o arco do cabo da Grande Concha encontramos Arcturus, na constelação do Boiadeiro ou Vaqueiro.

(21)

Configurações de Estrelas

• Localização de estrelas • Seguindo o mesmo

arco, mais a oeste, encontramos uma

estrela azulada, Spica, da constelação de

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Configurações de Estrelas

• Localização de estrelas • Hemisfério Sul:

localize o Cinturão de Órion (três Marias). • Trace uma linha

imaginária em direção a sudeste.

Encontramos a estrela Sirius na constelação do Cão Maior.

• Sirius é a estrela mais brilhante do céu

(23)

Configurações de Estrelas

• Localização de estrelas • A estrela Sirius forma

um triângulo com Betelgeuse em Órion e Procyon em Cão Menor. • Esse triângulo é conhecido como Triângulo de Verão.

(24)

Configurações de Estrelas

• Localização de estrelas • O Triângulo de

Inverno é formado pelas estrelas Altair em Águia, Deneb em Cisne e Veja e Lira. • Essas estrelas estão na

direção de um dos braços da Via Láctea, visto ao fundo.

(25)

Esfera Celeste

• A esfera celeste é uma esfera oca onde as

estrelas estão fixas em sua superfície. • Ela corresponde a um mapa do céu. • Os astrônomos criaram um sistema de coordenadas celestes, utilizando a esfera celeste.

(26)

Esfera Celeste

• A esfera celeste está dividida em 88

constelações.

• Os astrônomos utilizam a palavra constelação para descrever uma área

delimitada no céu e todos os objetos contidos nela. • As estrelas de uma

constelação estão a

diferentes distâncias da Terra.

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Esfera Celeste

• Círculos máximos celestes: • Equador celeste – projeção do equador terrestre na esfera celeste. • Polos celestes – projeção dos polos terrestres na esfera celeste.

(28)

Esfera Celeste

• Círculos máximos celestes: • Eclíptica – trajetória aparente do Sol na esfera celeste ao longo de 1 ano. • Ponto Vernal e Outonal – pontos de intersecção entre a eclíptica e o equador celeste.

(29)

Esfera Celeste

• Sistema de coordenadas celeste: • Declinação – equivale a latitude terrestre. É o ângulo entre o equador celeste e o astro, medida ao longo do meridiano que passa pela estrela (direção norte-sul). Varia de 0º a  90º

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Esfera Celeste

• Sistema de coordenadas celeste: • Ascenção reta – equivale a longitude terrestre. É o ângulo entre o ponto vernal e o meridiano que passa pela estrela. Medida ao longo do equador celeste de oeste para leste. Varia de 0h a 24h.

(31)

Esfera Celeste

• Medidas angulares: • Um ângulo é a

abertura entre duas linhas que se interceptam em um ponto. • Exemplos: • A distância angular entre as duas estrelas indicadoras da Grande Concha é de ~ 5º. • O diâmetro angular da Lua é de ~ 0,5º.

(32)

Esfera Celeste

• Medidas angulares:

• Podemos utilizar nosso corpo para estimar

ângulos. • Exemplos:

• Cinco dedos abertos com o braço esticado subtende um ângulo de ~ 8º.

• A ponta dos dedos subtende ~ 1,5º.

• Os segmentos do dedo indicador também

podem ser utilizados para estimar ângulos.

(33)

Esfera Celeste

Submúltiplos do grau: 1° = 60 arcmin = 60’

1’ = 60 arcsec = 60" Diâmetro (R$ 1,00) = 24 mm

Distância de 1 m Tamanho angular = 1,4° Distância de 5 m _{Tamanho angular = 16,5’} Distância de 80 m _{Tamanho angular = 1’} Distância de 5 km Tamanho angular = 1’’

(34)

Esfera Celeste

D d

(35)

(36)

Ciclos Terrestres

• Rotação

• Movimento executado

pela Terra em torno de seu eixo.

• A rotação diária da Terra produz o nascer e o pôr do Sol criando o dia e a noite. • O movimento diurno dos

astros no céu provocado pela rotação fica aparente na foto ao lado.

• A Terra gira de Oeste para Leste, fazendo com que o céu gire de Leste para Oeste.

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Ciclos Terrestres

• Revolução

• Movimento executado pela Terra em torno do Sol.

• Um ano terrestre

corresponde a uma volta completa e é medida em relação às estrelas. Esse período é chamado de período sideral.

• Devido a revolução as estrelas nascem a cada dia 4 minutos mais cedo que no dia anterior.

• O efeito se acumula,

apresentando constelações diferentes ao longo do ano.

(38)

Ciclos Terrestres

• Revolução

• Assim, quando o Sol estiver na direção de Virgem (18/09 a

1/11), os hemisférios que contêm o Sol

serão visível durante o dia.

• Durante esta época, as constelações

centradas em Peixes poderão ser

observadas durante a noite.

(39)

Ciclos Terrestres

• Revolução

• Seis meses depois, quando o Sol estiver em Peixes, não

veremos esse lado da esfera celeste,

podendo observar Virgem e sua

vizinhança durante a noite.

(40)

Ciclos Terrestres

• Movimento diurno em função da latitude

• No Polo Norte todas as estrelas se movem paralelamente ao horizonte no sentido anti-horário. • Polaris estaria localizada no zênite (ponto exatamente sobre sua cabeça).

• As estrelas que nunca se põem são

chamadas de circumpolares.

(41)

Ciclos Terrestres

• Para observadores do hemisfério norte,

Polaris pode ser observada a uma altura igual a sua latitude.

• As estrelas que estiverem entre

Polaris e o horizonte serão circumpolares.

(42)

Ciclos Terrestres

• Movimento diurno em função da latitude • No equador, todas as estrelas nascem perpendicularmente no horizonte leste e se põem no horizonte oeste. • Polaris é visível apenas no horizonte norte e nenhuma estrela é circumpolar.

(43)

Ciclos Terrestres

• Em latitudes

intermediárias, o ângulo com que as estrelas nascem

depende da latitude. • A figura ao lado foi

obtida em uma latitude 35º norte. Polaris se encontra a uma altura de 35º.

(44)

Estações do Ano

• Se pudéssemos observar as estrelas durante o dia, poderíamos observar o movimento aparente do Sol na esfera celeste.

• A trajetória descrita pelo Sol ao longo de um ano é chamada de eclíptica.

(45)

Estações do Ano

• O termo eclíptica também é utilizado para representar o plano da órbita da Terra. • As duas eclípticas coincidem quando projetadas na esfera celeste.

(46)

Estações do Ano

• O eixo de rotação da Terra é inclinado de 23,5º em relação a perpendicular da eclíptica.

• Por conta disso, o equador celeste está inclinado de 23,5º em relação a eclíptica.

(47)

Estações do Ano

• A eclíptica e o equador se interceptam em dois pontos chamados equinócios.

• Solstícios

• Quando o hemisfério norte estiver voltado para o Sol será verão nesse hemisfério e inverno no hemisfério sul.

• Quando o hemisfério sul estiver voltado para o Sol será verão nesse hemisfério e inverno no hemisfério norte.

(48)

Estações do Ano

• Equinócios

• Quando o Sol estiver em um dos equinócios será primavera/outono nos hemisférios.

• O equinócio vernal ocorre quando o Sol atravessa o equador vindo do hemisfério sul, portanto primavera no hemisfério norte e outono no hemisfério sul.

(49)

Estações do Ano

• Equinócios

• O equinócio outonal ocorre quando o Sol atravessa o equador vindo do hemisfério norte, portanto outono no hemisfério norte e primavera no

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Estações do Ano

• Observador no hemisfério norte

• No solstício de

inverno o Sol nasce mais afastado do leste na direção sul • Na eclíptica, o Sol se encontra no ponto mais ao sul do equador. • Ao meio-dia, o Sol se encontra na altura mínima, acarretando no dia mais curto do ano.

(51)

Estações do Ano

• Observador no hemisfério norte • No equinócio vernal, o Sol nasce exatamente no ponto leste e se põe exatamente no oeste. • Na eclíptica, o Sol se encontra no ponto vernal • A duração do dia é igual ao da noite.

(52)

Estações do Ano

• No solstício de verão, o Sol nasce o mais afastado do leste na direção norte. • Na eclíptica, o Sol se encontra no ponto mais ao norte do equador • Ao meio-dia a altura que o Sol atinge é máxima e a duração do dia é a maior do ano.

(53)

Estações do Ano

• Observador no hemisfério norte • No equinócio outonal, o Sol nasce exatamente no ponto leste e se põe exatamente no oeste. • Na eclíptica, o Sol se encontra no ponto outonal • A duração do dia é igual ao da noite.

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Estações do Ano

• Em latitudes acima de 66,5º o Sol não nasce durante alguns meses do inverno assim

como não se põe

durante alguns meses do verão

• Por isso, em alguns lugares ocorre o Sol da meia-noite (Foto: nordeste do Alasca, latitude 69º

(55)

A trajetória do Sol

• O Sol leva 365,25 dias para completar uma volta de 360º na eclíptica

• Assim, ele se move na eclíptica a uma taxa de ~ 1º por dia

• As constelações por onde ele passa são chamadas de constelações do

zodíaco

• Na tabela ao lado vemos os período de passagem pelo Sol por cada uma das constelações do zodíaco

(56)

Relógio baseado na localização do Sol

• O movimento diário do Sol proporciona um referencial para a contagem do tempo.

• O dia de 24h está baseado no movimento diário do Sol

• 24h é o intervalo de tempo entre dois trânsitos sucessivos do Sol (passagem pelo meridiano local)

• Porém, devido a inclinação do eixo de rotação e a excentricidade da órbita a duração do dia solar varia ao longo do ano.

• O intervalo de tempo médio entre dois trânsitos solares é de 24h e é chamado de dia solar médio.

• A diferença entre o meio-dia do relógio e o meio-dia verdadeiro pode ser até de 16 minutos.

(57)

Relógio baseado na localização do Sol

• O meio-dia verdadeiro ocorre em momentos diferentes em lugares diferentes.

• Por exemplo: a cidade de Niteroi está a leste do Rio de Janeiro, assim o meio-dia verdadeiro ocorre primeiro em Niteroi. • Para facilitar a medição do

tempo foi criado o fuso horário no final do século XIX.

• Estando no mesmo fuso horário todos acertam seus relógios para a mesma

(58)

Relógio baseado na localização do Sol

• O fuso horário de

referência é o fuso de

Greenwich na Inglaterra

onde passa o meridiano

primordial (longitude

0

o

₎

• A cada 15º de longitude

inicia-se um novo fuso

horário (+1h em direção

a leste e – 1h a oeste).

• O Rio de Janeiro

encontra-se no fuso

de – 3h.

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Dia Sideral

• O dia sideral é o intervalo de tempo entre dois trânsitos

sucessivos de uma dada estrela.

• Como as estrelas nascem 4 minutos mais cedo a cada

dia devido ao movimento de revolução da Terra, o dia

sideral dura 23 horas e 56 minutos enquanto o dia solar

médio dura 24h.

(60)

Calendários

• Como o período de revolução da Terra não tem um número inteiro de dias (365,25 dias) eventos importantes ocorriam sempre em dias errados.

• Para resolver esse problema, o imperador romano Julio César (46 a.C.) criou o ano bissexto (a introdução de um dia extra a cada quatro anos)

• Assim, o calendário “juliano” asseguraria que certos eventos, como o começo da primavera, ocorressem sempre na mesma data.

• Porém, o ano não tem 365,25 dias “exatos”. Além disso, o eixo de rotação da Terra muda de direção. Assim, depois de séculos foi acumulada uma discrepância entre o calendário e os eventos astronômicos.

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Calendários

• Como o período de revolução da Terra não tem um número inteiro de dias (365,25 dias) eventos importantes ocorriam sempre em dias

errados.

• Para resolver esse problema, o imperador romano Julio César (46 a.C.) criou o ano bissexto (a introdução de um dia extra a cada quatro anos) • Assim, o calendário “juliano” asseguraria que certos eventos, como o

começo da primavera, ocorressem sempre na mesma data. • Porém, esse sistema apresentava alguns problemas:

• O ano não tem 365,25 dias “exatos”. Ele produz um erro de três dias a cada quatro séculos.

• Além disso, o eixo de rotação da Terra muda de direção.

• Assim, depois de séculos foi acumulada uma discrepância entre o calendário e os eventos astronômicos.

(62)

Calendários

• No século XVI, o Papa Gregório XIII fez ajustes no calendário. • Primeiro, retirou dez dias do calendário em 1582 (o dia 5 de

outubro foi proclamado como 15 de outubro)

• Assim, o primeiro dia de primavera voltou para o dia 21 de março

• Segundo, ele modificou o sistema de anos bissextos: o último ano de qualquer século seria bissexto apenas se fosse

divisível por 400.

• Por exemplo, 1700, 1800 e 1900 não seriam bissextos, mas o ano de 2000 seria bissexto por ser divisível por 400.

• Assim, o comprimento do ano nesse calendário é de 365,2425 dias, o que introduz um erro de 1 dia em 3300 anos.

• Esse calendário foi chamado de calendário gregoriano e é utilizado até hoje.

(63)

Precessão

• A rotação da Terra faz

com que sua forma seja

diferente de uma esfera.

• A Terra tem uma forma

achatada nos polos. O

diâmetro medido pelo

equador é 43km maior

que o medido pelos

polos.

• A força gravitacional

exercida pelo Sol e pela

Lua é maior no equador

terrestre.

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Precessão

• A combinação do

movimento de rotação

com a força

gravitacional do Sol e

da Lua faz com que o

eixo de rotação da Terra

descreva um círculo na

esfera celeste.

• Este movimento é

(65)

Precessão

• Um pião girando

também possui

movimento de

precessão.

• A combinação da força

gravitacional da Terra

mais o seu movimento

de rotação cria a

(66)

Precessão

• A taxa de precessão da

Terra é de

aproximadamente

26.000 anos.

• Atualmente, o eixo de

rotação se encontra a 1º

de Polaris.

• Em 3.000 a.C., ele

apontava para próximo

de Thuban no Dragão.

• Em 14.000 d.C., ele

apontará para próximo

de Vega em Lira.

(67)

Precessão dos equinócios

• O plano equatorial

também se move com a precessão do eixo de rotação.

• Assim, o equador celeste também se move

alterando os pontos de intesecção com a

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Precessão dos equinócios

• Os equinócios (vernal e outonal) se movem na

esfera celeste alterando as datas dos solstícios e dos equinócios.

• Atualmente, o equinócio vernal está em Peixes.

Dois mil anos atrás estava em Áries. Em 2600 d.C. ele estará em Aquarius.

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Movimentos da Lua

• Assim como a Terra, a Lua apresenta movimento de rotação e revolução. • O período de rotação é

aproximadamente igual ao período de revolução (27,3 dias).

• Este fato faz com que a Lua mantenha sempre o mesmo lado voltado para a Terra (lado visível).

• O lado que não conseguimos ver é

(70)

Fases da Lua

• A fase da Lua depende de qual fração do lado visível que está iluminado pelo Sol. • Quando a Lua está entre a

Terra e o Sol, o lado visível não está iluminado. Esta fase é chamada de Lua nova.

• Neste caso, a Lua nasce (6h) e se põe (18h) junto com o Sol.

• Assim, ela está alta no céu durante o dia e pouco

brilhante (vemos no

máximo um pequeno filete iluminado)

(71)

Fases da Lua

• Ao se mover pela órbita, a face da Lua voltada para a Terra fica cada vez mais exposta ao Sol (Lua

crescente côncava).

• Sete dias após a Lua nova, metade do lado visível da Lua está iluminado pelo Sol. Esta fase é chamada de Lua quarto crescente ou primeiro quarto da Lua.

• Neste momento, a Lua está 90º a leste do Sol. Portanto, ela nasce às 12h e se põe à 0h.

(72)

Fases da Lua

• Nos sete dias seguintes, o lado visível fica cada vez mais exposto ao Sol (Lua crescente convexa ou Lua gibosa crescente).

• Quatorze dias após a Lua nova, toda face voltada para a Terra está

iluminada pelo Sol. A Lua está do lado oposto em relação ao Sol. Esta fase é chamada de Lua cheia.

• A Lua cheia nasce às 18h e se põe às 6h.

(73)

Fases da Lua

• Nas duas semanas

seguintes, a face visível da Lua fica cada vez menos iluminada pelo Sol.

• As fases produzidas são: • Lua minguante

convexa (gibosa decrescente)

• Lua quarto minguante (terceiro quarto)

• Lua minguante côncava

• O ciclo completo dura 29,5 dias.

(74)

Mês lunar e sideral

• O mês sideral é o período de revolução da Lua (27,3

dias). Ele é medido em relação às estrelas.

• O mês lunar ou sinódico é o período para a Lua

completar um ciclo de fases (29,5 dias), ou seja, ele é medido em relação ao Sol. • A diferença ocorre devido

ao movimento de revolução da Terra. A Lua precisa se mover mais que 360º para completar um ciclo de fases.

(75)

Eclipses

• A órbita da Lua está

inclinada de 5º em relação ao plano da eclíptica.

• A intersecção entre os dois planos define uma linha chamada linhas dos nodos.

• Quando a Lua se encontra em um dos nodos durante sua fase nova ou cheia, ocorre um eclipse.

• Existem dois tipos de eclipses: lunar e solar

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Eclipses

• O eclipse lunar ocorre quando a Lua cruza um dos nodos durante a fase cheia. • Existem três tipos de eclipse lunar: • Eclipse penumbral • Eclipse parcial • Eclipse total • Eclipse penumbral:

quando a Lua atravessa a penumbra da Terra. O brilho da Lua varia pouco.

(77)

Eclipses

• Eclipse parcial: quando parte da Lua atravessa a umbra da Terra. Vemos apenas parte da Lua.

• Eclipse total: quando a Lua passa completamente pela umbra.

• A duração máxima de um eclipse total pode chegar a mais de 1h 47min

quando a Lua passa pelo centro da sombra.

(78)

Eclipses

• Durante um eclipse lunar total, a Lua fica avermelhada. Isso ocorre porque parte da luz do Sol sofre refração na atmosfera da Terra e é desviada para a umbra. A luz que sofre maior refração é a luz

vermelha.

• Os eclipses lunares são os mais fáceis de serem observados pois todas as pessoas localizadas no hemisfério terrestre que estiver voltado para a Lua irá observá-lo.

(79)

(80)

Eclipses

• 2012

• 4/jun – Eclipse parcial – América, Pacífico e Oceania.

• 28/nov – Eclipse penumbral – América do Norte, Pacífico, Oceania, Ásia e Europa

• 2013

• 25/abr – Eclipse parcial – África, Europa, Ásia e Oceania.

• 25/mai – Eclipse penumbral – Oeste africano, Oeste europeu, América e Pacífico.

(81)

Eclipses

• O Sol é 400 vezes maior que a Lua, porém ele está 400 vezes mais distante da Terra em relação a Lua.

• Assim, o tamanho angular do Sol e da Lua, visto da Terra, são

aproximadamente iguais (0,5º).

• O eclipse solar ocorre quando a Lua cruza um dos nodos durante a fase nova.

(82)

Eclipses

• Quando o disco lunar cobre totalmente o Sol

podemos observar a coroa solar (atmosfera mais

(83)

Eclipses

• NUNCA OBSERVE O SOL DIRETAMENTE SEM A PROTEÇÃO DE FILTROS ADEQUADOS. • A OBSERVAÇÃO SEM OS DEVIDOS CUIDADOS CAUSA DANOS PERMANENTES.

(84)

Eclipses

• A imagem do Sol pode ser projetada com o uso de um telescópio.

(85)

Eclipses

• A sombra da Lua

projetada na superfície da Terra é muito pequena. • Devido aos movimentos

de rotação da Terra e de revolução da Lua, a

sombra se desloca pela superfície (trajetória do eclipse).

• A velocidade da sombra é de aproximadamente

1.700 km/h. A totalidade nunca dura mais que 7,5 minutos.

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Eclipses

• O eclipse solar é mais difícil de ser observado pois somente as regiões na trajetória do eclipse é que conseguirão observá-lo. • A largura da trajetória é de apenas 270 km. • Existem três tipos de eclipses solares: • Eclipse parcial • Eclipse total • Eclipse anular

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Eclipses

• Eclipse parcial:

observado pelas regiões atingidas pela penumbra da Lua.

• Eclipse total: observado pelas regiões que estão na trajetória do eclipse.

• Eclipse anular: quando a Lua encontra-se próxima do apogeu. Neste caso a umbra não toca a

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Eclipses

• No eclipse anular, o

tamanho angular da Lua é menor que o do Sol.

• Assim, observamos um anel fino de luz ao redor da Lua no meio do

eclipse.

• O comprimento da umbra é 5.000 km menor que a distância média da Terra a Lua.

• Assim, os eclipses anulares são mais

frequentes que os eclipses totais.

(89)

Eclipses

(90)

Eclipses

• 2012

• 20/mai – Eclipse anular – América do Norte, Pacífico e leste asiático. • 13/nov – Eclipse total – Pacífico e nordeste da Oceania.

• 2013

• 10/mai – Eclipse anular – pacífico sul e norte da Oceania. • 3/nov – Eclipse Total – África central e Atlântico.