Astronomia MDP 18nov2011 AA1112
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Astronomia MDP 18nov2011 AA1112
Astronomia Lezione 18/11/2011 Docente: Marco De Petris e mail: marco depetris@roma1 infn it e.mail: [email protected] Libri di testo: ‐ Elementi di Astronomia, P. Giannone, Pitagora Editrice ‐ Practical Astronomy with Your Calculator, Peter Duffett‐Smith, Practical Astronomy with Your Calculator Peter Duffett Smith Cambridge University Press. Astronomia AA11-12 Coordinate Celesti Aberrazione La aberrazione è dovuta al fatto che, a causa della velocità finita della luce, un osservatore in moto (come noi sulla Terra ad esempio) vede un oggetto spostato nella direzione del moto per la composizione delle velocità. Scoperta da J. Bradley nel 1728. Per la cinematica classica (la derivazione del valore esatto richiederebbe l’uso della relatività ristretta) abbiamo w = c - v ’ vd similitudine triangoli Angolo di aberrazione con Costante di aberrazione in arcsec Astronomia AA11-12 Velocità dell’osservatore Coordinate Celesti Aberrazione Diurna: Rotazione Terra velocità osservatore all’equatore = 0.5 km/s angolo aberrazione max = 0”.32 cos Annua: Rivoluzione Terra attorno Sole velocità osservatore (orbita circolare) = 30 km/s angolo aberrazione max = 20 20”.50 50 Secolare: Moto sistema solare velocità osservatore moto uniforme e rettilineo aberrazione costante: i.e. no rilevanza pratica Astronomia AA11-12 Coordinate Celesti Legge di Snell della rifrazione Rifrazione n=1 nK .. z ni ..... z’ n1 n0 L’effetto principale, prevalente in banda visibile, è la realizzazione di una posizione apparente delle sorgenti in cielo: Rifrazione Atmosferica Assumiamo una stratificazione in piani paralleli, ogni strato ha un indice di rifrazione ni ; la stella avente un angolo zenitale z verrà vista a z’ z N.B. N B IIndipendente di d t d dalle ll variazioni di n lungo il cammino ottico ma SOLO da n0 Astronomia AA11-12 Coordinate Celesti Rifrazione IIndichiamo di hi lla Rifrazione Rif i At Atmosferica f i come Riscriviamo quindi la precedente come Nel caso in cui , in pratica per Nel Visibile 1.00029 per STP Ricorda: per piccoli angoli zenitali la Rifrazione in arcsec è circa pari all’angolo all angolo zenitale in gradi! Già a 45 gradi R è pari a 1 arcmin. Si capisce che con questa approx nascerebbe un problema all’orizzonte: R Problema della presenza della curvatura terrestre Astronomia AA11-12 Coordinate Celesti Rifrazione Estensione della legge per grandi angoli zenitali Altitudine 2000 m s.l.m. Pressione 750 mb Temperatura 283 K Altitudine 3300 m ss.l.m. lm Pressione 650 mb Temperatura 213 K dove sia che contengono la dipendenza con la temperatura al suolo, T, la pressione, P, e l’umidità relativa, l i h R circa i 0 0.5 5 gradi di all’orizzonte ll’ i t disco di S Sole l circa i 0 0.5 5 gradi di quando d all ttramonto t vediamo il Sole toccare l’orizzonte, in realtà è già tramontato! (da 3 min) La a co correzione e o e do dovuta uta a alla a rifrazione a o e at atmosferica os e ca do domina a su sulle ea altre t e co correzioni e o astronomiche (ab. annua, precessione, et al.) per angoli zenitali maggiori di 20°. Astronomia AA11-12 Coordinate Celesti Deflessione gravitazionale della luce Deflessione gravitazionale della luce da parte della massa del Sole (valida per qualunque massa). Karl Schwarzschild nel 1915 introdusse un raggio tipico p associato con un corpo p sferico di massa M, il raggio gg di Schwarzschild: il cui valore è circa 1.5 km per il Sole (0.88 cm per la Terra). L'influenza della massa del Sole su un raggio radente ne renderà il cammino lievemente concavo verso il Sole Sole, cosicché l'osservatore l osservatore terrestre vede la stella lievemente spostata verso l'esterno, della quantità: R N.B. N B lla d deflessione fl i è iindipendente di d t dalla lunghezza d'onda Astronomia AA11-12 Coordinate Celesti Deflessione gravitazionale della luce Lensing by a black hole. Animated simulation of gravitational g caused by y a Schwarzschild black hole going g gp past a lensing background galaxy Coordinate Celesti Moti propri Le stelle non sono fisse nello spazio ma presentano dei movimenti (estremamente lenti) reciproci tra loro e rispetto al Sole. La velocità di una stella rispetto al Sole (eliocentrica) la possiamo scomporre in una componente 1. radiale (lungo la linea di vista in km/s) e una 2. tangenziale o trasversa (ortogonale alla prima e quindi tangente alla sfera f celeste l t in i kkm/s) / ) Sulla sfera celeste si misura il moto proprio, pari alla velocità angolare μ in “/y moto p proprio p tipico p 0.1”/yy moto proprio più alto 10”.3/y Astronomia AA11-12 Coordinate Celesti Moti propri La componente della velocita radiale può invece essere misurata dallo spostamento (blueshift o redshift) delle righe spettrali causato dall’ effetto Doppler : La velocità L l ità ttangenziale i l sii può òd derivare i conoscendo d il moto t proprio i ((angolare) l ) μ e la distanza radiale della stella r : con La velocità totale è Astronomia AA11-12 Coordinate Celesti Moti propri Probs: Velocità radiale: misure di dispersione spettrale, fattibili solo su stelle brillanti Velocità trasversa: conoscenza della parallasse 2 osservazioni distanti nel tempo per stimare Moti p propri p p piccoli q quando: Oggetti distanti M ti solo Moti l radiali di li Astronomia AA11-12 Coordinate Celesti Barnard d's Star, sh howing po osition everry 5 years 1985–2005 Moti propri http://www.hwy.com.au/~sjquirk/images/film/barnard.html HIPPARCOS: total proper motion =10357.704 mas/yr Astronomia AA11-12 http://www.rssd.esa.int/index.php?project=HIPPARCOS Coordinate Celesti ricapitolando ricapitolando…. Perturbazione/Correzione coordinate in ordine decrescente di grandezza 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7 7. 8. Precessione luni-solare Rifrazione Precessione planetaria Aberrazione Nutazione Moti propri Parallasse Deflessione gravitazionale della luce Astronomia AA11-12 42’ ((50 anni)) 30’ (orizzonte) 24” (50 anni) 20” (annua) 20 17” 10” (max) 9” 9 0.9” (Sole) Astronomia Osservativa dove osservare? Coordinate Celesti con che cosa osservare? Telescopi come osservare? Montature e Sistemi di puntamento p Astronomia AA11-12 Telescopi Astronomia AA11-12 Telescopi n1 < n2 i.e. rado-denso Leggi di Snell (Cartesio) i1 r 1 Riflessione Willibrord Snell (1591-1626) n1 n2 Rifrazione n1 i1 Indice di rifrazione rapporto della velox luce nel vuoto e nel dielettrico Indice di rifrazione relativo n2 rr22 Principio di Reversibilità: Leggi invarianti per il verso dei raggi (rifratto e/o riflesso) Astronomia AA11-12 Equazione del diottro Lente sottile (caso ideale): Telescopi Sistema Ottico Centrato composto da 2 diottri separati da distanza trascurabile rispetto alle altre distanze in gioco nel caso di lente nello stesso n abbiamo Formula della lente in ((*)) forma gaussiana forma newtoniana Formula del “fabbricante di lenti” (*) ricavate da similitudini tra triangoli Ray tracing: metodo dei raggi paralleli o dei fuochi Astronomia AA11-12 Telescopi Collettori di radiazione di forma e dimensioni fortemente dipendenti dalla lunghezza d’onda o energia dei fotoni osservati. Classi: Riflettori Rifrattori Catadiottrici Soluzioni “classiche” di impiego prevalente nell VIS/IR Astronomia AA11-12 Telescopi Telescopio Classico Rifrattore Stop di Apertura Stop di Campo Focale Obbiettivo Angolo di campo dell’ immagine Diametro PE PE, i.e. i e Obbiettivo Magnificazione angolare: rapporto tra gli angoli che forma il chief ray con la PU e la PE Angolo di campo dell’ oggetto Diametro PU Focale Oculare Sistema Afocale: ogg e/o imm all’infinito Astronomia AA11-12 Telescopi Difetti dell’immagine: Aberrazioni La rifrazione NON è lineare q quindi …. Sviluppo in serie di McLaurin se raggi parassiali : ap.pa. Legge di Snell lineare altrimenti: Teoria del Terzo Ordine 5 tipi di difetti nell’immagine che chiamiamo Ab Aberrazioni i i monocromatiche ti h (i.e. (i presentiti iin sistemi i t i riflettivi ifl tti i cosìì come neii rifrattivi ) più 2 aberrazioni cromatiche (i.e. presenti nei soli sistemi rifrattivi) o per essere corretti 2 componenti dello stesso tipo di aberrazione …. Astronomia AA11-12 Telescopi Difetti dell’immagine: Diffrazione Point Spread Function da Apertura circolare (dia = 2a): distribuzione dell’intensità (normalizzata) sul piano immagine variabile adimensionale Fresnel Campo Vicino Fraunhofer z Campo lontano A Apertura Onda O d piana i incidente Astronomia AA11-12 ostruzione di raggio Telescopi Difetti dell’immagine: Diffrazione Semi Disco di Airy Potere P t risolutivo i l ti di un telescopio: Criterio di Rayleigh Astronomia AA11-12 Telescopi Difetti dell’immagine: Atmosfera sorgente turbolenza Atmo statica fronte d’onda telescopio piano focale PSF Lunga esposizione Corta esposizione Seeing: variazioni random della direzione della sorgente celeste Scintillation: S i till ti fl tt fluttuazioni i i random d di intensità della sorgente celeste Immagine perfetta Astronomia AA11-12