Astronomia Lezione 17/11/2011

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1 Astronomia Lezione 17/11/2011 Docente: Marco De Petris e.mail: Libri di testo: Elementi di Astronomia, P. Giannone, Pitagora Editrice Practical Astronomy with Your Calculator, Peter Duffett Smith, Cambridge University Press.

2 Astronomia Osservativa dove osservare? Coordinate Celesti con che cosa osservare? Telescopi come osservare? Montature e Sistemi di puntamento

3 Coordinate Celesti Come determinare la posizione degli oggetti sulla sfera celeste? Definire un sistema di coordinate sferiche con un opportuno 1 piano di riferimento, 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 ) elongitudine (-180 < < +180 )

4 Coordinate Celesti Sistemi di coordinate LOCALI: dip. posizione dell osservatore & istante di osservazione ASSOLUTI: indip. da. e quindi adatti per cataloghi astronomici LOCA ALE Piano di riferimento Altazimutali (A,h) Orizzonte dell osservatore Equatoriali locali o orarie (H, ) Equatore celeste ASSOLU UTE Equatoriali celesti (, ) Equatore celeste Eclitticali (, ) Eclittica Galattiche (l,b) Piano galattico Supergalattiche (SGL,SGB) Piano supergalattico

5 POLO NORD PNC cerchio verticale h ZENITH Coordinate Celesti Altazimutali (A,h) o orizzontali A parallelo Meridiano celeste orizzonte astronomico 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 Angolo zenitale 0 < z < 180 NADIR PSC POLO SUD Linea dei poli = asse di rotazione della Terra Latitudine (geo) del luogo di osservazione N.B. Coordinate locali * WARNING: In alcuni casi si considera l azimuth a partire da Sud (vd ad esempio Meeus)

6 POLO NORD PNC ZENITH Coordinate Celesti Equatoriali locali o orarie (H, ) H Meridiano celeste Piano di riferimento: Equatore celeste Poli: Poli celesti Meridiano zero: Meridiano celeste (Z-PNC) Angolo orario 0 h < H < 24 h (da M, orario - terna destrogira) Declinazione -90 < < +90 Equatore celeste NADIR PSC POLO SUD M (mezzocielo) = intersezione meridiano celeste con equatore celeste più vicina al Sud (1 h = 15 ; 1 m = 15 ; 1 s = 15 ) N.B. Coordinate locali.. anche se non dipende dall oss. e dall istante di osservazione

7 Coordinate Celesti Visibilità delle sorgenti celesti Moto apparente da Est verso Ovest >90 - circumpolari visibili -90 < <90 - sorgono e tramontano (se = 0 arco diurno = 12 ore) < - 90 circumpolari non visibili Culminazione al passaggio del meridiano Superiore H = 0 h Inferiore H = 12 h

8 Stima del tempo di esposizione della foto Coordinate Celesti min

9 Prima di introdurre le coordinate celesti assolute Coordinate Celesti 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-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. La declinazione del Sole in questi punti è =.

10 PSC POLO SUD ZENITH NADIR Coordinate Celesti Equatore celeste Equatoriali (, ) o(rao (RA, Dec) POLO NORD PNC Piano di riferimento: Equatore celeste Poli: Poli celesti Meridiano zero: Coluro dell equinozio vernale Ascensione Retta 0 h < < 24 h (da, antiorario (diretto) - terna levogira) N.B. verso opposto a H Declinazione -90 < < +90 N.B. Coordinate assolute In realtà, come vedremo, il punto vernale così come l obliquità dell eclittica eclittica non rimangono costanti e quindi le coordinate equatoriali devono essere corrette.

11 POLO NORD PNC ZENITH Coordinate Celesti Tempo Siderale H t s = Angolo Orario del punto vernale, e quindi anche il tempo siderale si misura in h, m, & s. Varia da 0 h a 24 h a causa della rotazione della Terra. t s Per ogni posizione in cielo è soddisfatta la relazione: t s = H + NADIR PSC POLO SUD Culminazione superiore: H = 0 t s = Implicazioni osservative di stelle al meridiano superiore: noto t s conosciamo nota conosciamo t s

12 POLO NORD PNC ZENITH Coordinate Celesti Tempo Siderale NADIR H t s PSC POLO SUD Se assumessimo una rotazione della Terra costante t in modulo e direzione, i potremmo costruirci un orologio la cui lettura coincide ad ogni istante con t s identificandolo con un tempo. 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 di t s come unità di tempo.

13 POLO NORD ECLITTICALE PNE POLO NORD PNC Coordinate Celesti Eclitticali (, ) Equatore celeste Piano di riferimento: Piano dell Eclittica Poli: Poli eclitticali Meridiano zero: Meridiano eclitticale per Longitudine eclittica 0 < < 360 (da, antiorario (diretto) - terna levogira) Latitudine eclittica -90 < <+90 PSC POLO SUD PSE POLO SUD ECLITTICALE N.B. Coordinate assolute Utili per astronomia planetaria (pianeti orbite quasi complanari con l eclittica)

14 PD-USGov-NASA, PD-USGov-NASA/copyright Coordinate Celesti Galattiche (l,b) Piano di riferimento: Piano galattico (*) Poli: Poli galattici Longitudine galattica 0 < l < 360 (angolo eliocentrico da Centro Galassia (Sagittario), antiorario (diretto) Latitudine galattica -90 < b < +90 Le coordinate galattiche non sono mai usate per dare posizioni di alta precisione N.B. Coordinate assolute

15 POLO NORD GALATTICO PNG POLO NORD PNC Coordinate Celesti Galattiche (l,b) Piano di riferimento: b Piano galattico (*) Poli: Poli galattici PSC POLO SUD l Longitudine galattica 0 < l < 360 (angolo eliocentrico da Centro Galassia (Sagittario), antiorario (diretto) Latitudine galattica -90 < b < +90 POLO SUD GALATTICO PSG (*) piano fondamentale definito dalla distribuzione nello spazio della materia presente nella Via Lattea tramite: conteggi di stelle (l I,b b I )o nubi di idrogeno neutro interstellare (l II,b II ) 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)

16 Coordinate Celesti Galattiche (l,b) C di t t i li d l Coordinate equatoriali del: Lat tidudine galattic ca +2-2 GC Chandra X-ray Observatory 13 Longitudine galattica Centro Galattico (GC) GC = 17 h 45 m s GC = GC (J2000) (circa radio sorgente Sagittario A) Polo Nord Galattico (PNG) PNG = 12 h 51 m s PNG = (J2000) (circa costellazione Coma Berenice) Mosaico di mappe IR acquisite dallo Spitzer Space Telescope (NASA) Sovrapposizione di 3 bande: blu 3.6 m, verde 8 m e rosso 24 m

17 Coordinate Celesti Galattocentriche Non si confondano le coordinate galattiche, il cui centro è sempre l'osservatore (o il Sole all'atto pratico), con le coordinate galattocentriche (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, si stima a circa 8 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).

18 CSG PNSG Coordinate Celesti Supergalattiche (SGL,SGB) SGB) Piano di riferimento: Piano supergalattico (*) Poli: Poli supergalattici 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. N.B. Coordinate assolute

19 Ricostruzione del piano supergalattico come visto dall alto Coordinate Celesti Supergalattiche (SGL,SGB) SGB) Coordinate galattiche & equatoriali del: Centro Supergalattico (SGC) l=137.37,, b=0 0 SGC = 2.82 h SGC = (J2000) Polo Nord Supergalattico (PNSG) l =47.37, b =+6.32 PNSG = 18.9 h PNSG = =+15.7 (J2000) N.B. Coordinate assolute

20 Coordinate Celesti Supergalattiche (SGL,SGB) SGB)

21 Coordinate Celesti Perturbazione/Correzione coordinate Le coordinate di un oggetto celeste, anche quelle assolute, possono cambiare nel tempo. Nonostante l origine delle variazione abbia cause fisiche diverse, si è soliti trattare queste perturbazioni tutte insieme. 1. Precessione luni-solare 2. Precessione planetaria 3. Nutazione 4. Parallasse 5. Aberrazione 6. Rifrazione 7. Deflessione gravitazionale della luce 8. Moti propri Moti dell equinozio Se ne deduce che alle coordinate di un oggetto celeste deve sempre indicarsi i l Epoca di riferimento i di queste.

22 Coordinate Celesti 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 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 / anno. Questo moto periodico ha un periodo lunghissimo pari a circa anni (anno platonico). Effetto risultante: variazione della posizione dei PC.

23 Coordinate Celesti Precessione luni-solare

24 Coordinate Celesti Precessione planetaria La presenza gravitazionale dei pianeti, su orbite poco inclinate rispetto all eclittica eclittica, altera l obliquità dell eclittica eclittica ( ) di circa 0.47/anno. Il periodo corrispondente è lunghissimo: anni circa. L effetto di questa precessione è quindi di segno opposto e di minore importanza 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.

25 27 45 Coordinate Celesti Posizione PNC α Ursae Minoris σ Octantis Tau olunga Tra circa anni l asse di rotazione terrestre punterà verso la stella Vega. Posizione PSC

26 Coordinate Celesti 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 Luna, il cui piano orbitale è inclinato di circa i = 5 9 su quello dell'eclittica. Una rivoluzione completa della precessione lunare impiega 18.6 anni. Altre componenti della nutazione includono: la variabile distanza Terra-Luna (periodo 1 mese lunare) la variabile distanza Terra-Sole (periodo 1 anno) un insieme di cause geofisiche L effetto è anche in questo caso un movimento del punto vernale con conseguente variazione delle coordinate equatoriali. Servono oltre 110 termini per esprimere la nutazione con sufficiente precisione!

27 Coordinate Celesti 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. Parallasse diurna: dovuta al cambio del punto di osservazione a causa della 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 = 1UA/1 = km/ rad = cm = 3.26 anni luce