Astronomia MDP 17nov2011 AA1112

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. Astronomia AA11-12
A t
Astronomia
i O
Osservativa
ti
dove osservare?
 Coordinate
C di t C
Celesti
l ti
con che cosa osservare?
 Telescopi
come osservare?
 Montature e Sistemi di puntamento
Astronomia AA11-12
C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
Come determinare la posizione degli oggetti sulla sfera celeste?
Definire un sistema di coordinate sferiche con un opportuno
 1 piano di riferimento,
f
 2 poli e
 1 meridiano “zero”
Esempio noto: coordinate geografiche
Piano di riferimento: Equatore terrestre
Poli: Nord e Sud
Meridiano zero: Royal Observatory, Greenwich (UK)
Latitudine (-90
( 90° << +90°)
+90 ) e Longitudine (-180
( 180° < < +180°)
+180 )
Astronomia AA11-12
C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
Sistemi di coordinate
LOCALI: dip.
dip posizione dell’osservatore
dell osservatore & istante di osservazione
ASSOLUTI: indip. da …. e quindi adatti per cataloghi astronomici
LOCA
ALE
 Altazimutali ((A,h))
Orizzonte dell’osservatore
 Equatoriali locali o orarie (H,) Equatore celeste
A
ASSOLU
UTE
Piano di riferimento
 Equatoriali celesti (,)
 Eclitticali
E li i li (,)
( )
 Galattiche (l,b)
 Supergalattiche (SGL,SGB)
Astronomia AA11-12
Equatore celeste
Eclittica
Piano galattico
Piano supergalattico
C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
POLO
NORD
CELESTE
PNC
ZENITH
Altazimutali (A,h) o orizzontali
parallelo
Meridiano
celeste
cerchio
verticale
h
A
NADIR
orizzonte
astronomico
PSC
POLO
SUD
CELESTE
Piano di riferimento:
Orizzonte astronomico
Poli:
Zenith & Nadir
Meridiano zero:
Meridiano celeste (Z-PNC)
Azimuth 0° < A < 360°
(da Nord*, orario - terna destrogira)
Altezza (Elevazione) -90° < h < +90°
g
zenitale 0° < z < 180°
Angolo
 Latitudine (geo) del luogo di osservazione
N.B. Coordinate locali
Linea dei poli = asse di rotazione della Terra
* WARNING: In alcuni casi si considera l’azimuth a partire da Sud (vd ad esempio Meeus)
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C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
POLO
NORD
CELESTE
PNC
ZENITH
Equatoriali locali o orarie (H,)
(H )
Meridiano
celeste

H
Piano di riferimento:
Equatore celeste
Poli:
Poli celesti
Meridiano zero:
Meridiano celeste (Z-PNC)
Angolo
g
orario 0h < H < 24h
(da M, orario - terna destrogira)
Declinazione -90° <  < +90°
(1h = 15°; 1m = 15’ ; 1s = 15”)
Equatore
celeste
NADIR
PSC
POLO
SUD
CELESTE
M (mezzocielo) = intersezione meridiano
celeste con equatore celeste più vicina al Sud
N.B. Coordinate locali
.. anche se  non dipende dall’oss. e
dall’istante di osservazione
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Coordinate
C
di t C
Celesti
l ti
Visibilità delle sorgenti
g
celesti
Moto apparente da Est verso Ovest
 > 90
90°- circumpolari visibili
 -90°<  <90°- sorgono e tramontano
(se  = 0° arco diurno = 12 ore)
 <  - 90
90° circumpolari non visibili
Culminazione al passaggio del meridiano
Superiore H = 0h
Inferiore H = 12h
http://www.astrosurf.com/cosmoweb/cielo/index.html
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Stima del tempo di
esposizione della foto
C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
12°  48 min
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C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
Prima di introdurre le coordinate
celesti assolute …
Eclittica
Cerchio massimo sul quale si “muove” il Sole.

obliquità
dell’eclittica
Il Sole si muove di circa 1°/giorno, in senso diretto
(i.e. antiorario, verso Est).
Equatore ed eclittica si intersecano in due punti
opposti, detti equinozi.
In entrambi i punti si ha  = 0°.
Il punto vernale (passaggio Sole sotto
sotto-sopra
sopra
Equatore) si indica usualmente con il segno
astrologico dell’Ariete , graficamente
approssimato con la lettera greca .
Il punto di autunno con il segno astrologico della
Bilancia ,, approssimato con la lettera greca .
I punti sull’eclittica a 90° dagli equinozi si
chiamano solstizi.
solstizi
La declinazione del Sole in questi punti è  =  .
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C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
Equatoriali (
(,)
) o (RA,
RA Dec)
ZENITH


POLO
NORD
CELESTE
PNC

Equatore
celeste
PSC
POLO
SUD
CELESTE
Piano di riferimento:
Equatore celeste
Poli:
Poli celesti
Meridiano zero:
Coluro dell’equinozio vernale
Ascensione Retta 0h <  < 24h
(da , antiorario (diretto) - terna
levogira)
N B verso opposto a H
N.B.
Declinazione -90° <  < +90°
NADIR
N.B. Coordinate assolute
In realtà
realtà, come vedremo
vedremo, il punto vernale così come ll’obliquità
obliquità dell’eclittica
dell eclittica non
rimangono costanti e quindi le coordinate equatoriali devono essere corrette.
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POLO
NORD
CELESTE
PNC
C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
ZENITH

Tempo Siderale
H
ts = Angolo Orario del punto vernale,  e
quindi anche il tempo siderale si misura in
h, m, & s. Varia da 0h a 24h a causa della
rotazione della Terra.
ts
Per ogni posizione in cielo è soddisfatta la
relazione:
ts = H + 

NADIR
PSC
POLO
SUD
CELESTE
Culminazione superiore: H = 0  ts = 
Implicazioni osservative di stelle al
meridiano superiore:
 noto ts conosciamo 
 nota  conosciamo ts
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POLO
NORD
CELESTE
PNC
C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
ZENITH
Tempo Siderale
Se assumessimo una rotazione della Terra
costante
t t in
i modulo
d l e direzione,
di i
potremmo
t
costruirci un orologio la cui lettura coincide
ad ogni istante con ts identificandolo con
un tempo.
H

ts

NADIR
PSC
POLO
SUD
CELESTE
Tuttavia sia la direzione che il modulo del
vettore rotazione diurna della Terra
mostrano andamenti secolari e fluttuazioni
a corto periodo (vd dopo perturbazioni
delle coordinate) che sono ben misurabili.
Si deve dunque fare molta attenzione
nell'uso
nell
uso di ts come unità di tempo
tempo.
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POLO
NORD
ECLITTICALE
PNE
POLO
NORD
CELESTE
PNC
Equatore
celeste
C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
Eclitticali (,)
( )


PSC
POLO
SUD
CELESTE

PSE
POLO
SUD
ECLITTICALE
Piano di riferimento:
Piano dell’Eclittica
dell Eclittica
Poli:
Poli eclitticali
Meridiano zero:
Meridiano eclitticale per 
Longitudine
g
eclittica 0° <  < 360°
(da , antiorario (diretto) - terna
levogira)
Latitudine eclittica -90
-90° <  < +90°
+90
N.B. Coordinate assolute
Utili per astronomia planetaria
(pianeti orbite quasi complanari con l’eclittica)
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C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
Galattiche (l
(l,b)
b)
PD-USGov-NASA, PD-USGov-NASA/copyright
Piano di riferimento:
Piano galattico ((*))
Poli:
Poli galattici
Longitudine galattica 0° < l < 360°
(angolo eliocentrico da Centro
Galassia (Sagittario)
(Sagittario), antiorario
(diretto)
Latitudine galattica -90° < b < +90°
Le coordinate galattiche non sono
mai usate per dare posizioni di alta
precisione
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N.B. Coordinate assolute
POLO
NORD
GALATTICO
PNG
POLO
NORD
CELESTE
PNC
C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
Galattiche (l
(l,b)
b)
Piano di riferimento:
Piano galattico ((*))
Poli:
Poli galattici
b
l
PSC
POLO
(*) piano fondamentale
SUD
Via Lattea tramite:
CELESTE
POLO
SUD
GALATTICO
PSG
Longitudine galattica 0° < l < 360°
(angolo eliocentrico da Centro
Galassia (Sagittario)
(Sagittario), antiorario
(diretto)
Latitudine galattica -90° < b < +90°
definito dalla distribuzione nello spazio della materia presente nella
 conteggi di stelle (lI,bbI) o
 nubi di idrogeno neutro interstellare (lII,bII) 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
semplicemente con (l,b)
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C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
Galattiche (l
(l,b)
b)
C di t equatoriali
Coordinate
t i li d
del:
l
+2°
GC = 17h 45m 37.224s
GC = −28° 56′ 10.23″
(J2000)
GC
(circa radio sorgente Sagittario A)
Ch d X
Chandra
X-ray Observatory
Ob
t
-2°
Lattidudine
e galattic
ca
Centro Galattico
(GC)
13°
Longitudine galattica
347°
Polo Nord Galattico
(PNG)
PNG = 12h 51m 26.282s
PNG = +27° 07′ 42.01″
(J2000)
((circa costellazione Coma Berenice))
http://www.spitzer.caltech.edu
Mosaico di 800000 mappe IR
acquisite dallo Spitzer Space
Telescope (NASA)
Sovrapposizione di 3 bande:
blu 3.6 m, verde 8 m e rosso 24
m
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C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
Galattocentriche
Non si confondano le coordinate galattiche, il cui centro è sempre
pratico),
), con le coordinate g
galattocentriche
l'osservatore ((o il Sole all'atto p
(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,
Sagittario si stima a circa 8 kiloparsec.
kiloparsec
Topocentriche e Geocentriche
Le prime prevedono l’origine del sistema di riferimento nella posizione
dell’osservatore (vd altazimutali) mentre le seconde il centro della
Terra (vd equatoriali).
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C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
Supergalattiche (SGL
(SGL,SGB)
SGB)
Piano di riferimento:
Piano supergalattico (*)
()
Poli:
Poli supergalattici
CSG
PNSG
Longitudine supergalattica 0° < l
< 360°
(angolo dal Centro Supergalattico
antiorario (diretto)
Latitudine supergalattica -90° < b
< +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.
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N.B. Coordinate assolute
C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
Ricostruzione del
piano supergalattico
come “visto
“ i t dall’alto”
d ll’ lt ”
Supergalattiche (SGL
(SGL,SGB)
SGB)
Coordinate galattiche &
equatoriali del:
Centro Supergalattico
(SGC)
l 137.37 , b
l=137.37°,
b=0°
0
SGC = 2.82h
SGC = +59.5°
(J2000)
Polo Nord Supergalattico
((PNSG))
l =47.37°, b =+6.32°
PNSG = 18.9h
PNSG = =+15.7°
(J2000)
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N.B. Coordinate assolute
C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
Supergalattiche (SGL
(SGL,SGB)
SGB)
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C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
Perturbazione/Correzione coordinate
Le coordinate di un oggetto celeste, anche quelle assolute, possono cambiare
nel tempo.
tempo Nonostante l’origine
l origine delle variazione abbia cause fisiche diverse
diverse, si
è soliti trattare queste perturbazioni tutte insieme.
1.
2.
3
3.
4.
5.
6.
7.
8
8.
Precessione luni-solare
Moti dell’equinozio
Precessione planetaria
Nutazione
Parallasse
Aberrazione
Rifrazione
Deflessione gravitazionale della luce
Moti propri
Se ne deduce che alle coordinate di un oggetto celeste
d
deve
sempre indicarsi
i di
i l’Epoca
l’E
di riferimento
if i
t di queste.
t
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C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
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
p
anno. Un moto di rotazione della sfera celeste addizionale era necessario per
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
50
.4 / anno
anno. Questo moto periodico ha un periodo lunghissimo pari a circa
25.800 anni (anno platonico). Effetto risultante: variazione della posizione dei PC.
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C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
Precessione luni-solare
http://it.wikipedia.org/wiki/Precessione_degli_equinozi
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C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
Precessione planetaria
p
La presenza “gravitazionale” dei pianeti, su orbite poco inclinate rispetto
all’eclittica
all
eclittica, altera l’obliquità
l obliquità dell’eclittica
dell eclittica () di circa – 0
0”.47/anno.
47/anno Il periodo
corrispondente è lunghissimo: 40000 anni circa.
L’effetto
L’
ff tt di questa
t precessione
i
è quindi
i di di segno opposto
t e di minore
i
iimportanza
t
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.
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27’
27
C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
45’
45
Posizione PNC
α Ursae Minoris
σ Octantis
http://en wikipedia org/wiki/Pole star
http://en.wikipedia.org/wiki/Pole_star
Tau’olunga
Tau
olunga
Posizione PSC
Tra circa 12000 anni l’asse di rotazione terrestre
punterà verso la stella Vega.
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C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
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
piano orbitale è inclinato di circa i = 5° 9’ su q
quello
Luna, il cui p
dell'eclittica.
Una rivoluzione completa della precessione lunare impiega 18.6
anni
anni.
Altre componenti della nutazione includono:
• la variabile distanza Terra-Luna (periodo 1 mese lunare)
• la variabile distanza Terra
Terra-Sole
Sole (periodo 1 anno)
• un insieme di cause geofisiche
L’effetto è anche in questo caso un movimento del punto vernale con
g
variazione delle coordinate equatoriali.
conseguente
Servono oltre 110 termini per esprimere la nutazione con sufficiente
precisione!
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C di t C
Coordinate
Celesti
l ti
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.
punto di osservazione a causa della
Parallasse diurna: dovuta al cambio del p
rotazione terrestre.
Unità di distanza:
1 parsec (pc) = distanza di
una stella per avere un
angolo di parallasse (annua)
pari a 1 arcsec
1 pc = 1 UA/1”
UA/1
= 1.496108 km/4.8510-6 rad
= 3.0861018 cm
= 3.26 anni luce
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