AstronomiaCorso di Laurea in Scienze Naturali

Anno Accademico 2006/2007

Alessandro Marconi

Dipartimento di Astronomia

e Scienza dello Spazio,

Università di Firenze

Informazioni Importanti

Prof. Alessandro Marconi

Email: alessandro.marconi@unifi.it

Tel: 055-2307-627

Ufficio:

Dip. Astronomia, Largo E. Fermi 2

Ricevimento:

tutti i giorni con appuntamento (telefono o email) per

evitare un viaggio a vuoto!

Lezioni disponibili al sito Web:

http://www.arcetri.astro.it/~marconi/LCTS/2007_Astronomia

Viaggio nell’UniversoLezione 1

AA 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

Sommario

4

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.

AA 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

La Terra

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Raggio:

R! =6378 km

Periodo di rotazione:

24 h

Massa:

M! = 5.976 ! 1024 kg

?

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La Notazione Esponenziale

6

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:

10n = 1,000, .... ,000 10-n = 1/1,000,....,000, = 0.000,....,001

Moltiplicazione: 10n ! 10m = 10m+n

Divisione: 10n / 10m = 10n ! 10-m = 10n-m

Esempi:

0.015 = 1.5 ! 10-2

1234 = 1.234 ! 103

6570000 = 6.57 ! 106

n zeri n zeri

AA 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

La Notazione Esponenziale

7

nano

micro

milli

centi

kilo

mega

giga

=10-9

=10-6

=10-3

=10-2

=103

=106

=109

(1 miliardesimo)

(1 milionesimo)

(1 millesimo)

(1 centesimo)

(1 migliaio)

(1 milione)

(1 miliardo)

I prefissi importanti nella notazione esponenziale:

Esempio: 1 kilometro = 103 metri = 103 ! 102 centimetri = 105 cm

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La Luna

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Raggio:

1738 km = ~27% ! R!

Massa:

7.35 ! 1022 kg = ~1% ! M!

http://www.noao.edu/image_gallery

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Terra e Luna

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Periodo dell’orbita lunare

attorno alla Terra: 27.3 giorni

Terra e Luna viste dal

satellite Galileo

http://www.esa.int/esa-mmg/mmghome.pl

Distanza media Terra-Luna: 384,400 km

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Il Sole

10

Raggio (R"):

6.96 ! 105 km = 109 ! R!

Massa (M"):

1.99 ! 1030 kg = 333,000 ! M!

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Orbita della Terra attorno al Sole

Unità astronomica (AU) = Distanza media Terra-Sole

1 AU = 149,610,110 km

11

Il raggio dell’orbita della Terra

attorno al Sole è: 1.496 ! 105 km

Il periodo dell’orbita attorno al

Sole è: 1.0 anni (365.25 giorni)

Introduciamo una nuova unità di

misura: l’ Unità Astronomica (AU)

AA 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

Il Sistema Solare

Giove - il pianeta più grande

Massa: 318 M! Raggio: 11.9 R!

Periodo Orbitale: 11.9 anni

Plutone - il pianeta più piccolo

Massa: 0.002 M! Raggio: 0.19 R!

Periodo Orbitale: 247.7 anni

12

Nove Otto pianeti

Plutone è stato recentemente ri-classificato come “pianeta

nano”

AA 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

Le dimensioni del sistema solare

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Orbita di Plutone: 39 AU

La nube di Oort potrebbe estendersi fino a 100.000 AU

Origine delle comete a lungo periodo (p.e. cometa

di Halley)

AA 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

I dintorni del Sole

~ 17 anni luce

Nuova unità di misura:

1 anno luce (ly) = distanza percorsa dalla luce in 1 anno

= 63,000 AU = 9.5 !1015 m

14

Le distanze tra le stelle sono immense

La distanza media tra le stelle nella

nostra galassia è 3 anni luce

La stella più vicina al Sole è Proxima

Centauri a 4.2 anni luce

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In viaggio verso le stelle

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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

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)?

AA 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

La famiglia delle stelle

" indica il Sole. Le masse

delle stelle e degli altri oggetti

astronomici sono spesso

misurate in masse solari (M").

Luminosità: energia emessa sotto

forma di radiazioni elettromagnetiche

per unità di tempo (vedi più avanti ....)

16

Il nostro Sole è una stella

abbastanza tipica.

Ma in generale le stelle variano

molto in:

Massa (0.1 ! 60 M")

Luminosità (10-2 ! 106 L")

Raggio (0.001 ! 1000 R")

Colore (Rosso ! Blu)

http://www.eso.org/outreach/gallery/astro/

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La Via Lattea

La Via Lattea ed il Telescopio

William Herschel (La Palma)

17

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 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

Il Sole nella Via Lattea

100,000 ly

Il Sole si trova in un braccio

a spirale a circa 25,000 ly dal

centro.

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NGC 2997 è una galassia

spirale che si ritiene sia

simile in dimensioni e

struttura alla Via Lattea

http://www.aao.gov.au/images/

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Ammassi Globulari

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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.

http://www.eso.org/

AA 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

Gas e polvere interstellare

20

Lo spazio tra le stelle è “pieno” di gas

e polvere.

La Via Lattea contiene circa 8 !109 M"

di gas. Il gas è tipicamente in 4 “fasi”

con temperature che vanno da 10 a

106 K.

Nubi molecolari giganti:

nubi relativamente dense di

gas molecolare e polvere;

masse tipiche >105 M";

diametri ~150 ly;

luoghi di nascita delle stelle.

La temperatura assoluta si misura in gradi Kelvin (K):°C = K ! 273.15-273.15 °C è il cosiddetto zero assoluto

http://hubblesite.org/gallery/

AA 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

Il Gruppo Locale di Galassie

21

La Via Lattea (Milky

Way) è parte di un

piccolo ammasso di

galassie

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!

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Andromeda (Messier 31)

22

“Vicina” della Via Lattea:

distanza: 2.9 milioni di ly

diametro del disco: 250,000 ly

massa: ~ 3 !1011 M"

http://www.pparc.ac.uk/Ps/ps_intro.asp

AA 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

Galleria di galassie

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Galassie a Spirale

p.e. Andromeda

Galassie Irregolari

p.e. Grande Nube

di Magellano

Galassie Ellittiche

p.e. Messier 87 (M87)

Esistono tre tipi

principali di galassie ...

AA 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

Galassie Attive e Quasar

24

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 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

Radio Galassie

25

500,000 ly

Cigno A

Immagine

“Radio”

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)

AA 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

Ammassi di Galassie

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M87, galassia centrale

dell’ammasso della

Vergine

La maggioranza delle galassie

vive in ammassi.

Il Gruppo Locale è un ammasso

“povero”.

Ammassi “ricchi” contengono

~1000 galassie.

L’ammasso della Vergine

contiene 2500 galassie

diametro di ~10 milioni di ly

distanza di ~55 milioni di ly

Una parte dell’ammasso

della Vergine

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Un universo di galassie

27

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 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

I Quasar più distanti

28

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.

AA 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

L’universo su grandissima scala

29

Gli ammassi di galassie

sono raggruppati in

superammassi (diametro

~600 milioni ly).

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.Una gerarchia di strutture

(simulazione)

http://www.mpa-garching.mpg.de/galform/millennium/

AA 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

Distanze angolari

30

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)

Luna Verticale

Orizzontale

Cerchio completo

=360°

AA 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

Formula per angoli piccoli

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Oggetti con diametri lineari

diversi possono avere le

stesse dimensioni angolari

Oggetti con lo stesso diametro

lineare diversi possono avere

dimensioni angolari diverse

D =! d

206, 265D = ! d

Equivalentemente,

esprimendo # in radianti:

Formula che collega la dimensione

lineare (D), quella angolare (#) e la

distanza radiale (d):

Dimensione angolare !

Distanza d

Dimensione

lineare D

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Il parsec (pc)

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Unità di misura di lunghezza

ampiamente usata in astronomia.

Legata strettamente alla

parallasse trigonometrica,

metodo per misurare le

distanze lineari delle stelle.

Definizione1 parsec = distanza alla quale 1 AU sottende un angolo di 1 arcsec.

1 pc = 3.26 ly = 3.09!1016 m

Orbita della Terra

Sole

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

AA 2006/2007 Astronomia ! Lezione 1

Sommario

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Abbiamo visto le dimensioni, le distanze ed i tempi scala tipici che

caratterizzano gli oggetti astronomici.

Abbiamo passato in rassegna la 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 = 9.5 !1015 m ~ 63,000 AU

Parsec (pc): 1 pc = 3.26 ly = 3.09 !1016 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