Introducao à Astronomia ESTUDO DOS ASTROS .pptx

ASTRONOMIA

1. Introdução à Astronomia A astronomia é a ciência que estuda os corpos celestes, incluindo planetas, estrelas, galáxias e outros objetos espaciais. É um campo vasto que busca compreender a origem, a evolução e a composição do Universo. Desde a antiguidade, o homem observa o céu noturno e busca desvendar os mistérios do cosmos.

2. Astronomia Na Astronomia, define-se o Universo como sendo o espaço em que matéria e energia se encontram em constante interação e transformação. O estudo nesse campo se refere ao entendimento da origem e da evolução de todos os corpos presentes no Universo, analisando as propriedades físicas e químicas de estrelas, planetas, asteroides e outros corpos celestes

3. MODELOS E TEORIAS Na tentativa de entender a origem do Universo, diferentes modelos e explicações foram surgindo. A seguir, são apresentados alguns modelos que tentaram explicar sua dinâmica e composição Geocentrismo Essa palavra de origem grega, formada pela junção de “geo”, que significa terra, e “centro”. Ou seja, indica que o planeta Terra é o centro do Universo e que todos os astros estariam girando ao redor dela.

4. Geocentrismo Na Grécia antiga, por volta de 350 a.C., o filósofo grego Aristóteles foi o e primeiro a defender essa explicação. Ele propôs um modelo em que a Terra seria o centro de tudo e que as outras esferas giravam ao redor dela. O Universo seria composto, portanto, de nove esferas, com a Terra ocupando o centro. Ao seu redor, na primeira esfera, viria a órbita da Lua, seguida de Mercúrio e Vênus, sendo a quarta o Sol.

5. Modelo Geocêntrico

6. Geocentrismo Os astrônomos da Antiguidade perceberam que as estrelas mantinham-se fixas no céu enquanto sete astros movimentavam-se Existem vários modelos que tratam do movimento dos astros. Existem vários modelos que tratam do movimento dos astros. Dois deles julgavam que os corpos celestes giravam em torno da Terra em órbitas circulares: o de Ptolomeu (século II d.C.) e o dos gregos (Aristóteles – século IV a.C.).

7. Modelo heliocêntrico SISTEMA SOLAR Em meados do século XVI, alguns pensadores passaram a questionar as ideias do geocentrismo.

8. Modelo heliocêntrico SISTEMA SOLAR Nicolau Copérnico (1473- 1543) idealizou o modelo heliocêntrico explicando de maneira satisfatória os fenômenos celestes. SISTEMA NICOLAU COPÉRNICO

9. Heliocentrismo

10. Geocentrismo versus Heliocentrismo O geocentrismo, modelo defendido por Ptolomeu, coloca a Terra no centro do universo, com o Sol e os planetas orbitando ao seu redor. O heliocentrismo, proposto por Nicolau Copérnico, coloca o Sol no centro do Sistema Solar, com a Terra e os demais planetas orbitando ao seu redor. Geocentrismo Modelo que coloca a Terra no centro do universo. A Terra é o centro de tudo, com o Sol e outros planetas orbitando em torno dela. Heliocentrismo Modelo que coloca o Sol no centro do Sistema Solar. A Terra e outros planetas giram em torno do Sol em órbitas elípticas.

11. Observações de Tycho Brahe Tycho Brahe observou uma supernova em 1572 tendo publicado um livro sobre este fenômeno em 1573, com o nome “De Nova Stella”, onde mostrava suas observações e concluía que as próprias estrelas podiam mudar. Tycho Brahe observou por cerca de 20 anos o movimento dos astros. Os dados obtidos dessas observações foram tabelados e formaram a base para o trabalho de Johannes Kepler (século XVII) que era seu discípulo.

12. Observações de Tycho Brahe Um dos primeiros observatórios astronômicos foi construído em 1576 pelo astrônomo dinamarquês Tycho Brahe (1546-1601), que deixou registradas importantes informações com base em suas pesquisas referentes à Astronomia Tycho Brahe observou por cerca de 20 anos o movimento dos astros. Os dados obtidos dessas observações foram tabelados e formaram a base para o trabalho de Johannes Kepler (século XVII) que era seu discípulo.

13. Durante observações noturnas, Brahe determinou, com relevante precisão para a época, a posição dos planetas no céu.

14. Observações de Galilleo Em 1609, Galileu Galilei construiu uma luneta, bastante primitiva, e a apontou para o céu, fazendo descobertas significativas para o campo da Astronomia. A comunidade científica, inicialmente, também não aceitava as propostas do heliocentrismo No século XVII, o físico, astrônomo e filósofo italiano Galileu Galilei comprovou cientificamente os dados da teoria heliocêntrica proposta por Copérnico, com base em observações realizadas por ele, utilizando uma de suas invenções: a luneta

15. Os dois principais movimentos da Terra Rotação A rotação da Terra é o movimento giratório que ela realiza ao redor de seu eixo, no sentido anti-horário, para um referencial situado no espaço sideral sobre o Polo Norte. Em relação às estrelas fixas, a duração do dia, tempo para girar 360 graus (uma volta completa), é de 23 horas, 56 minutos, 4 segundos e 9 centésimos (23 h 56 min 4,09 s). Em relação ao Sol, o tempo de rotação é de 24 h. A consequência direta do movimento de rotação é a sucessão dos dias e das noites

16. Os dois principais movimentos da Terra Translação A translação da Terra é o movimento elíptico descrito pela Terra ao redor do Sol. O movimento completo ocorre em 365 dias, 5 horas e 48 minutos. O sentido de translação da Terra é anti-horário, se observado do espaço sideral do Norte para o Sul. Quando observado do Sul para o Norte, torna-se horário. Esse movimento, juntamente à inclinação do eixo de rotação da Terra, é responsável pelas estações do ano. Como o eixo de inclinação do nosso planeta é de 23º 27’, há períodos em que: os dias são maiores que as noites (solstícios de verão); as noites são maiores que os dias (solstícios de inverno); ambos têm a mesma duração (equinócios de primavera e outono).

17. Observações de Galilleo Em 1609, Galileu Galilei construiu uma luneta, bastante primitiva, e a apontou para o céu, fazendo descobertas significativas para o campo da Astronomia. A comunidade científica, inicialmente, também não aceitava as propostas do heliocentrismo No século XVII, o físico, astrônomo e filósofo italiano Galileu Galilei comprovou cientificamente os dados da teoria heliocêntrica proposta por Copérnico, com base em observações realizadas por ele, utilizando uma de suas invenções: a luneta

18. As Três Leis de Kepler Johannes Kepler, um astrônomo alemão, formulou três leis fundamentais que descrevem o movimento dos planetas em torno do Sol. Essas leis, baseadas nas observações de Tycho Brahe, revolucionaram a compreensão do Sistema Solar e permitiram previsões precisas do movimento planetário. 1 Primeira Lei Os planetas descrevem órbitas elípticas em torno do Sol, com o Sol em um dos focos da elipse. 2 Segunda Lei A linha que une o planeta ao Sol varre áreas iguais em tempos iguais, o que significa que o planeta se move mais rápido quando está mais próximo do Sol. 3 Terceira Lei O quadrado do período orbital de um planeta é proporcional ao cubo do semi-eixo maior de sua órbita.

19. A primeira lei de Kepler afirma que a órbita dos planetas que giram em torno do Sol não é circular, mas sim elíptica. Além disso, o Sol sempre ocupa um dos focos dessa elipse. De acordo com esta lei, a distância entre os planetas até o Sol é variável. O ponto da trajetória mais próximo do Sol chama-se periélio; o ponto mais distante, afélio Primeira Lei de Kepler

20. Segunda Lei de Kepler A reta que une os centros de um planeta e o Sol percorre áreas iguais em tempos iguais Na figura, vemos que um planeta desloca-se da posição P1 até P2 em um intervalo de tempo Δt = t2 — t1. Considere A a área percorrida nesse intervalo de tempo; A constante K (depende do planeta) é denominada velocidade areolar do planeta. A velocidade de translação de um planeta ao redor do Sol não é constante, sendo máxima próxima ao periélio e mínima próxima ao afélio.

21. Terceira Lei de Kepler O quadrado do período de revolução de qualquer planeta é proporcional ao cubo da distância média desse planeta ao Sol Em que T é o período do planeta, R é a distância média do planeta ao Sol e k é uma constante válida para todos os planetas que giram em torno do Sol. As leis de Kepler valem, de modo geral, para quaisquer corpos que gravitem em torno de outro de massa bem maior, como satélites artificiais que se movimentam em torno da Terra

22. Apresentamos a seguir, uma tabela de dados sobre o sistema solar

23. Exemplo de exercício Determine o período, em anos terrestres, de um planeta hipotético que gravita em torno do Sol a uma distância 5 vezes maior que a da Terra

24. Exemplo de exercício Uma espaçonave trafega numa trajetória retilínea que une os centros da Terra e da Lua. Calcule a que distância do centro da Terra estará a nave quando a força exercida pela Terra sobre ela for a mesma que a da Lua. Dê a resposta em função da distância d, que é a distância entre os centros da Terra e da Lua. Dados: massa da Terra 81 vezes maior que a da Lua

25. RESOLUÇÃO

26. Lei da Gravitação Universal de Newton Sir Isaac Newton formulou a Lei da Gravitação Universal, uma das leis fundamentais da física, que descreve a força de atração gravitacional entre quaisquer dois objetos com massa. Essa lei explica a queda dos objetos na Terra, o movimento dos planetas em torno do Sol e a formação de galáxias. Massa Quanto maior a massa dos objetos, maior a força gravitacional entre eles. Distância A força gravitacional diminui com o quadrado da distância entre os objetos. Atração Todos os objetos com massa se atraem mutuamente, devido à força gravitacional.

27. Isaac Newton concluiu que as forças gravitacionais eram responsáveis por manter os planetas em órbitas em torno do Sol.

28. Origem do Universo e Evolução do Sistema Solar A teoria do Big Bang é o modelo cosmológico predominante para descrever a origem e a evolução do Universo. Acredita-se que o Universo surgiu de um estado extremamente quente e denso, e tem se expandido desde então. O Sistema Solar, formado há cerca de 4,6 bilhões de anos, é resultado da colapso gravitacional de uma nebulosa. Big Bang O Universo começa a partir de um ponto singular e se expande rapidamente. Nebulosa Nuvem gigante de poeira e gás se contrai sob a força da gravidade. Formação do Sol O centro da nebulosa se torna cada vez mais quente e denso, formando o Sol. A matéria restante da nebulosa se aglomera e forma os planetas.

29. Origem do Universo e Evolução do Sistema Solar A teoria do Big Bang é o modelo cosmológico predominante para descrever a origem e a evolução do Universo. Acredita-se que o Universo surgiu de um estado extremamente quente e denso, e tem se expandido desde então. O Sistema Solar, formado há cerca de 4,6 bilhões de anos, é resultado da colapso gravitacional de uma nebulosa. Formação de Planetas A matéria restante da nebulosa se aglomera e forma os planetas.

30. NOVAS E SUPERNOVAS Estima-se que as primeiras estrelas surgiram há cerca de 300 milhões de anos após a grande explosão (Big Bang) Big Bang A formação estelar está relacionada ao surgimento dos primeiros elementos químicos (hidrogênio e hélio) Nebulosa Nuvens de hidrogênio colapsa vam, aumentando a interação entre matéria e energia. Com isso, formavam-se outros elementos, permitindo o surgimento de novas composições químicas, necessárias e essenciais ao surgimento de uma estrela

31. NOVAS E SUPERNOVAS Estima-se que as primeiras estrelas surgiram há cerca de 300 milhões de anos após a grande explosão (Big Bang) Os termos novas e supernovas estão relacionados à fase final da vida das estrelas. São fenômenos que ocorrem quando o ciclo de vida de uma estrela chega ao fim.

32. BIG BANG Instantes após a explosão, forma-se uma espécie de “sopa” de elevada temperatura, impedindo a estabilidade da matéria e predominando inicialmente a radiação cósmica. Somente em torno de 400 mil anos após o Big Bang, quando a temperatura atingiu aproximadamente 100 K, elétrons passaram a se combinar com núcleos para formar átomos. Dessa forma, a matéria passou a predominar em relação à radiação. Surgiram, então, os primeiros elementos, hidrogênio e hélio, formando espécies de nuvens As nuvens de hidrogênio colapsavam e o impacto entre as partículas ia produzindo matéria cada vez mais quente e densa. Novos elementos químicos apareciam, fazendo parte dessas nuvens. Assim, o Universo em constante expansão, dividiu-se para formar estrelas e galáxias, que surgiram somente há cerca de 300 milhões de anos após a explosão

33. Na classificação atual, o Sistema Solar é formado por oito planetas e cinco planetas-anões. Planetas: Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. Planetas anões: Ceres, Plutão, Haumea, Makemake e Éris

34. Conceito de Zona Habitável A zona habitável, também conhecida como zona Goldilocks, é uma região ao redor de uma estrela onde a temperatura é ideal para a existência de água líquida na superfície de um planeta. A água líquida é considerada essencial para a vida como a conhecemos, e a presença de uma zona habitável aumenta as chances de encontrar vida extraterrestre. Condições Temperatura ideal para a existência de água líquida. Estabilidade A estrela precisa ser estável o suficiente para manter a zona habitável por um tempo prolongado. Tamanho e Massa O planeta precisa ter um tamanho e massa adequados para sustentar uma atmosfera.

35. Conceito de Zona Habitável A definição de Zona Habitável (ZH) foi introduzida em 1959 (Huang (1959)) como sendo a região ao redor de uma estrela em que o ciclo de fusão de H em He seja estável por alguns bilhões de anos, permitindo que um planeta possa manter água, no estado líquido, em sua superfície. A estrela fornece a energia e a água funciona como um solvente eficiente que participa ativamente das reações químicas Posteriormente foi introduzida a ideia de uma Zona Habitável Galáctica, definida como a região mais provável da vida emergir em uma galáxia. Nessa região o enriquecimento químico contém abundância adequada de CHONPS (Carbono (C), Hidrogênio (H), Oxigênio (O), Nitrogênio, Fósforo (P) e Enxofre (S)) e a quantidade de eventos catastróficos capazes de interromper o processo de formação de vida (ou sua sobrevivência) é baixa comparada com a escala de tempo evolutivo terrestre. Nela também há baixa ocorrência de supernovas e a idade das estrelas seria suficiente para produzir o enriquecimento químico necessário à formação de planetas terrestres e à possível evolução biológica

36. Conceito de Zona Habitável

37. Compreendendo o Sistema Solar O nosso Sistema Solar é composto pelo Sol, oito planetas, seus satélites naturais, planetas anões, asteroides, cometas e poeira espacial. Os planetas do Sistema Solar podem ser classificados em dois grupos: os planetas terrestres (Mercúrio, Vênus, Terra e Marte) e os planetas gasosos (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno). Planeta Tipo Tamanho Distância do Sol Mercúrio Terrestre Pequeno Próximo Vênus Terrestre Grande Próximo Terra Terrestre Médio Médio Marte Terrestre Pequeno Médio Júpiter Gasoso Gigante Distante Saturno Gasoso Gigante Distante Urano Gasoso Gigante Muito Distante Netuno Gasoso Gigante Muito Distante

38. Constelações e Galáxias As constelações são padrões de estrelas que os astrônomos identificaram no céu noturno. As estrelas de uma constelação não estão necessariamente próximas umas das outras no espaço, mas aparecem próximas devido à nossa perspectiva da Terra. As galáxias são sistemas gigantescos que abrigam bilhões de estrelas, gás, poeira e matéria escura. 1 Constelações Padrões de estrelas no céu noturno, usados para navegação e identificação. 2 Galáxias Sistemas gigantescos de estrelas, gás e poeira, que abrigam bilhões de estrelas. 3 Via Láctea A galáxia espiral onde a Terra está localizada. 4 Nebulosas Nuvens de gás e poeira no espaço interestelar, que podem dar origem a novas estrelas.

39. Lei de Hubble O astrônomo Edwin Powell Hubble (1889-1953) concluiu que: “A velocidade com que uma galáxia se afasta de nossa galáxia é diretamente proporcional à sua distância até ela”. Matematicamente, a lei de Hubble é definida pela seguinte equação: v = Ho· d, 1 V: Velocidade velocidade de afastamento da galáxia considerada (km/s). 2 d: distância distância entre a nossa galáxia e a galáxia conside- rada (Mpc).. 3 H0: constante de Hubble Constante de Hubble (km/s ⋅ Mpc). 1 Mpc Megaparsec ≅ 3,1 ·10^19 km.

40. Órbita da Lua A lua, um satélite natural, completa uma volta ao redor da Terra, em sentido anti-horário, em aproximadamente 28 dias (27,322 dias), com uma velocidade orbital em torno de 1,03 km/s. A Lua tem três movimentos principais: rotação em torno de seu próprio eixo; revolução ou translação em torno da Terra e translação em torno do Sol junto à Terra; e também um movimento chamado de libração (movimento de oscilação do disco lunar). 1 Lua Nova : Nesta fase, a Lua está posicionada entre a Terra e o Sol. A face iluminada da Lua está voltada para o Sol, e a face escura está voltada para a Terra. 2 Quarto Crescente : Após a Lua Nova, a Lua entra na fase do Quarto Crescente. Neste estágio, apenas uma pequena parte da Lua é visível 3 Lua Cheia : Durante a Lua Cheia, a Lua está do lado oposto à Terra em relação ao Sol. A face inteira da Lua voltada para a Terra está totalmente iluminada. 4 Quarto Minguante : No Quarto Minguante a Lua está novamente em um estágio em que apenas metade da sua face visível é iluminada, mas desta vez, a iluminação está do lado oposto.

41. Eclipses Os eclipses são fenômenos astronômicos nos quais ocorre o ocultamento (escurecimento) total ou parcial de um astro em decorrência da passagem de algum corpo celeste sobre uma fonte de luz. Os eclipses podem ser classificados em duas categorias: solares e lunares. Eclipse solar No eclipse solar, a Lua fica posicionada entre o Sol e a Terra, de forma que sua sombra é projetada sobre a superfície da Terra.

42. Eclipse lunar No eclipse lunar, a Terra fica posicionada entre o Sol e a Lua, de forma que sua sombra é projetada sobre a superfície lunar, conforme ilustrado a seguir.

43. Buraco negro Buraco negro é uma formação supermassiva, de elevadíssimo campo gravitacional, com massa compactada em um pequeno volume. Alguns podem apresentar um volume correspondente ao tamanho de um átomo, e outros maiores, com massa de cerca de milhões de vezes a massa do Sol, apresentam um raio de alguns quilômetros. Como o campo gravitacional é bastante intenso, ele pode atrair inclusive a luz e manter estrelas e planetas em órbitas espirais até que sejam “sugados” por ele. Na Via Láctea, existe um buraco negro chamado Sagittarius A, cerca de 4 milhões de vezes mais massivo que o Sol, estando a uma distância de 26 000 anos-luz da Terra e com um diâmetro de mais de 40 milhões de quilômetros. buraco negro pode se for mar a partir de matéria restante da explosão de uma supernova. A maior supernova registrada foi em 2016, batizada de SN2016aps, com massa entre 50 e 100 vezes a massa do Sol.

44. Exploração Espacial e Tecnologias Astronômicas A exploração espacial é um campo em constante desenvolvimento, impulsionado por avanços tecnológicos que permitem o estudo do universo de forma mais detalhada. Telescópios terrestres e espaciais, sondas espaciais, satélites e outros instrumentos permitem a coleta de dados sobre o cosmos. Telescópios Instrumentos que captam a luz emitida pelos objetos celestes. Sondas Espaciais Veículos robóticos que exploram planetas, asteroides e cometas.

45. Conclusão e Considerações Finais A astronomia é um campo fascinante e em constante evolução. O estudo do universo nos permite compreender a nossa posição no cosmos, a origem da vida e os mistérios do espaço. A exploração espacial continua a desvendar os segredos do universo, abrindo novas fronteiras para a ciência e a humanidade.