11. Natureza da Luz Fóton Natureza corpuscular c Onda Natureza ondulatória
12. Onda eletromagnética E Campo elétrico variando senoidalmente Campo magnético variando senoidalmente B Luz Resultado da combinação dos dois campos oscilando sincronizados e ortogonalmente entre eles
13. O que é a luz? Fóton A luz pode (?!) ser considerada como uma partícula energética (fóton) que se propaga na forma ondulatória. De_Broglie c Onda Natureza dualista
21. Frequência da onda = v / f Número de passos por segundo f = 1 / T = T.v
22. Luzes “andando” no vácuo No vácuo, todas as cores se deslocam com a mesma velocidade A "Luzinha" ( Menor ) tem que dar mais passinhos (freqüência maior) para acompanhar a "Luzona" ( Maior ) Luzinha Luzona
24. Cor do céu O céu, visto da Terra, é azul porque nossa atmosfera dispersa, predominantemente , o azul , que é a cor que vemos ao olhar para o céu “ Limite” da atmosfera Sol
25. Sol avermelhado ao entardecer Terra Atmosfera Amarelado Avermelhado Quanto maior a espessura da camada de atmosfera, tanto maior é a dispersão da luz que a atravessa Horizonte
26. Cor do céu visto da Lua Como basicamente não há atmosfera na Lua, não há dispersão da luz solar: logo, o céu parece preto
47. Ano-luz Fóton Ondas luminosas c 300.000 km/s Percurso da luz durante 1 ano 1 ano-luz c x 365,242199*24*60*60 9,5 trilhões de km 9,5 trilhões / 150 milhões = 63.240 UA 1 UA 150.000.000 km
48. Parsec 1” a d 1 pc 3,27 anos-luz É a distância de uma estrela ao Sol se a abertura angular sob o qual se visse o raio da órbita da Terra fosse de 1”. 1 pc 3,27 anos-luz 206.265 UA 1 a.l. 63.240 UA
53. Fluxo Luminoso F A P F = P / A [W / m 2 ] P = potência recebida [W] A = área do coletor [m 2 ] Fotômetro Luneta Fluxo é a potência recebida por unidade de área.
55. Potência e logaritmo 10 0 = 1 por definição 10 1 = 10 10 2 = 10 x 10 = 100 10 3 = 10 x 10 x 10 = 1000 0 = log 1 1 = log 10 2 = log 100 3 = log 1000 Se: 10 x = y então: x = log y Logaritmo ( x ) de um número ( y ) é o expoente ( x ) ao qual se deve elevar a base 10 para se obter o número ( y ) dado.
56. Magnitude aparente m segundo classificação de Hiparcos 1 2 3 4 5 6 Fluxo medido F Magnitude m = c – k . log F k 2,5 1 2 3 4 5 6 Brilho aparente das estrelas (Hiparcos, séc. II a.C.)
57. Definição atual de magnitude aparente m 1 2 3 4 5 6 Fluxo medido F Magnitude m = c – 2,5 log F 100 40 16 6 2,5 1 Redefinição Brilho Magnitude -1 0 1 2 3 4 5 6 k 2,5 m = c – k . log F
66. Átomos e Íons Próton + Nêutron Elétron - Convenção Átomo neutro N p = N e Nível Fundamental Átomo excitado N p = N e Nível Excitado Íon = Átomo ionizado N p N e Elétron Livre
69. Fusão do hidrogênio Para onde foi a massa faltante? E = m . c 2 p p D Neutrino Pósitron p He 3 p p p D He 3 Neutrino Pósitron p He 4 p p p m = 100% m = 99,3% p p He 4
70. Geração de energia por fusão nuclear Elemento Leve + Elemento Leve Elemento Pesado + Energia
77. Fluxo Superficial R É a potência emitida por unidade de área da estrela. F R L / (4 R 2 ) L F R A Superficial = 4 R 2
78. Fluxo à distância d R É a potência medida por unidade de área á uma distância d do centro da estrela. F = F d L / (4 d 2 ) d F = P / A L L A Expandida = 4 d 2
79. Fluxo em função da distância F d d F d F d = L / (4 d 2 ) F D = L / (4 D 2 ) F d / F D = D 2 / d 2 F d / F D = (D / d) 2 F D D
80. Fluxo Luminoso F e F d A P F = P / A d F d = L / (4 d 2 ) F = F d L L A Expandida = 4 R 2
89. Medindo o fluxo de energia com diferentes filtros Fluxo ( ) Comprimento de onda Corpo de prova T Coleção de filtros Filtro Fotômetro
90. Analisando, em laboratório, a emissão de energia de corpos de diferentes cores Corpos de prova à temperatura T Filtro Fotômetro
91. Emissão de corpo vermelho Fluxo ( ) Comprimento de onda T Corpo Não Negro Filtro Fotômetro Corpo de prova
92. Emissão de corpo verde Fluxo ( ) Comprimento de onda T Corpo Não Negro Filtro Fotômetro Corpo de prova
93. Emissão de corpo azul Fluxo ( ) Comprimento de onda T Corpo Não Negro Filtro Fotômetro Corpo de prova
94. Emissão de corpos coloridos e de corpo negro Fluxo ( ) Comprimento de onda T Corpos Não Negros Filtro Fotômetro CN Corpo de prova Corpo Negro
95. Corpo Negro Emite o máximo de energia em todos os comprimentos de onda para uma dada temperatura. Corpo Negro Absorve toda a energia que possa incidir sobre ele. Fluxo Comprimento de onda T Fluxo T Comprimento de onda Corpo Negro (T) Fluxo T Comprimento de onda
99. Lei de Stefan – Boltzmann para Corpo negro F Total = T 4 Fluxo ( ) Comprimento de onda = 5,669 . 10 -8 W.m -2 .K -4 = 5,669 . 10 -8 erg.s -1 .cm -2 .K -4 7000 K 4000 K
106. Temperatura Efetiva T e Temperatura efetiva de uma estrela: É a temperatura de um corpo negro que emite energia com a mesma potência que a estrela está emitindo. T efetiva = T corpo negro
107. Temperatura e cor superficiais de uma estrela 60.000 K 30.000 K 9.500 K 7.200 K 6.000 K 5.250 K 3.850 K Fria Quente Betelgeuse Rigel Sol Estrela Corpo negro =
109. Estrela como Corpo Negro R T F R = ( T 4 ) Fluxo superficial: (W/m 2 ) L = ( T 4 ) (4 R 2 ) F R L L = F R (4 R 2 ) Luminosidade: (W)
110. Lei de Wien máx. fluxo T = 0,290 cm.K Fluxo ( ) Comprimento de onda máx máx 7000 K 4000 K
111. Cor da máxima emissão do Sol Enunciado: A temperatura superficial do Sol é de 5.497 o C. Qual o comprimento de onda onde o Sol emite o máximo de sua radiação? O olho humano é mais sensível ao verde-amarelado máx. fluxo T = 0,290 cm.K T = 5.497 o C + 273 = 5.770 K máx. fluxo 5.770 = 0,290 cm.K máx. fluxo = 5,03 x 10 -5 cm máx. fluxo = 5.030 Å Fluxo ( ) 5.030 Å
113. Magnitudes aparentes A magnitude aparente de uma estrela depende de seu brilho intrínseco e de sua distância até o observador
114. Magnitudes absolutas 1 2 3 4 5 6 D D D D D D D = 10 pc = 32,7 AL É a magnitude que uma estrela teria se estivesse a uma distância padrão de 10 pc de nós. E. Hertzsprung (1873-1967)
115. Magnitude absoluta M D = 10 pc = 32,7 a.l. m = c – 2,5 log {L/(4 d 2 )} M = c – 2,5 log {L/(4 D 2 )} M = c + 5 log D – 2,5 log {L/(4 )} m = c – 2,5 log F F = L/(4 d 2 ) D = 10 pc (Distância padrão para a magnitude absoluta) M = c´ + 5 - 2,5 log L
116. Sol: estrela de 5 ª grandeza Sol real 8 min 15 s luz D = 10 pc = 32,7 AL Sol hipotético M = + 4,76 m = - 26,81
118. Módulo de distância m = c – 2,5 log {L/(4 d 2 )} M = c – 2,5 log {L/(4 D 2 )} m – M = [ c – 2,5 log {L/(4 d 2 )}] – [c – 2,5 log {L/(4 D 2 )}] m – M = [ – 2,5 log {1/(d 2 )}] – [– 2,5 log {1/(D 2 )}] m – M = [ 5 log d] – [5 logD] m – M = 5 log[ d / D ] D = 10 pc m – M = 5 log [ d / 10 ] m – M = 5 log d - 5 Fórmula do m a M ão
119. Uso do módulo de distância m – M = 5 log d - 5 5 log d = (m - M + 5) log d = (m - M + 5) / 5 d = 10 (m – M + 5) / 5 M d = ? m 10 100 1.000 10.000 100.000 1.000.000 10.000.000 100.000.000 1.000.000.000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 d [pc] m - M
121. Magnitude Monocromática m 0 m = c – 2,5 log F Coleção de filtros Infravermelho Ultravioleta F = P / A Fotômetro Filtro m
122. Espectro incluindo radiação além do visível Vermelho Alaranjado Amarelo Verde Azul Anil Violeta Infravermelho Ultravioleta
123. Sistema UBV de magnitudes Magnitude absoluta U = M u B = M B V = M V Magnitude aparente u = m u b = m B v = m V = 3650 A U U ltra-violeta = 4400 A B (B lue) A zul = 5500 A V V isível Infra- vermelho
124. Índice de Cor IC IC M – M Com: Exemplos: IC UB = (U - B) IC BV = (B - V) IC m – m ou É a diferença entre duas magnitudes. 1 2
125. Relação Cor-Cor U-B B-V 0 0,8 1,6 - 0,8 +1,6 Alta temperatura 0,0 +0,8 Curva teórica de corpo negro Baixa temperatura
131. Decomposição da Luz Aquecendo uma barra de ferro Luz Branca Prisma Espectro contínuo Sólido aquecido Prisma Espectro de linhas Gás Hidrogênio Prisma Espectro de linhas Gás Hélio
134. Descoberta do gás hélio Sol Janssen (1824) descobriu uma linha espectral desconhecida até então. Lockyer batizou o novo elemento químico de Hélio (Sol, em grego) Hidrogênio Hélio Oxigênio Neônio Ferro
136. Leis de Kirchhoff dos Corpos Negros Luz Branca Prisma Espectro contínuo Sólido aquecido Prisma Gás mais quente Espectro de linhas de emissão Prisma Gás mais frio Espectro de linhas de absorção
137. Luz das estrelas Interior mais quente Atmosfera mais fria Geralmente: Espectro de absorção
141. Classificação espectral das estrelas Tipo espectral 35.000 22.000 16.400 10.800 8.600 7.200 6.500 5.900 5.600 5.200 4.400 3.700 3.500 Temperatura superficial K
142. Classificação espectral e temperatura O 60.000 K B 30.000 K A 9.500 K F 7.200 K G 6.000 K K 5.250 K M 3.850 K O h! Be A F ine G irl, K iss M e ! Fria Quente Sol Acróstico
143. Classificação espectral e temperatura O 60.000 K B 30.000 K A 9.500 K F 7.200 K G 6.000 K K 5.250 K M 3.850 K O h! Be A F ine G uy, K iss M e ! Fria Quente Sol
144. Subdivisão da Classificação de Harward Sol Não observado 0 __ B __ A __ F __ G __ K __ M __ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
146. Intensidade Relativa das Linhas O_______B________A________F________G________K________M______ H He II He I Metais ionizados Metais neutros TiO Intensidade das Linhas Tipo Espectral Si III Si IV Si II
147. H&R Diagrama de Hertzprung & Russel Dinamarca 1905 Estado-unidense 1913 Ejnar H ertzsprung (1873-1967) Henry Norris R ussell (1877-1957)
148. Diagrama de Hertzprung&Russel 15 10 5 0 -5 -10 O_______B________A________F________G________K________M______ Tipo Espectral 50.000 25.000 11.000 7.500 6.000 5.000 3.500 K Magnitude absoluta M 0,0001 0,01 1 100 10.000 1.000.000 Luminosidade (L Sol =1) Temperatura superficial Luminosidade: M = c – 2,5 log { L / (4 D 2 )} D = 10 pc Paralaxe trigonométrica: d Módulo de distância: m – M = 5 log d - 5 Fluxo: F = P / A Magnitude aparente: m = c – 2,5 log F Lei de Wien de Corpo Negro: T Análise espectral: Tipo Espectral
149. Sequência principal no Diagrama H&R 15 10 5 0 -5 -10 O_______B________A________F________G________K________M______ Tipo Espectral 50.000 25.000 11.000 7.500 6.000 5.000 3.500 K Magnitude absoluta M 0,0001 0,01 1 100 10.000 1.000.000 Luminosidade (L Sol =1) Temperatura superficial Seqüência Principal
150. Uso do Diagrama de H&R 15 10 5 0 -5 -10 O_______B________A________F________G________K________M______ Tipo Espectral 50.000 25.000 11.000 7.500 6.000 5.000 3.500 K Magnitude absoluta M 0,0001 0,01 1 100 10.000 1.000.000 Luminosidade (L Sol =1) Temperatura superficial Seqüência Principal m – M = 5 log d - 5 M d = ? m
151. H&R de gigantes e de an ã s An ã s 15 10 5 0 -5 -10 O_______B________A________F________G________K________M______ Tipo Espectral 50.000 25.000 11.000 7.500 6.000 5.000 3.500 K Magnitude absoluta M 0,0001 0,01 1 100 10.000 1.000.000 Luminosidade (L Sol =1) Temperatura superficial Seqüência Principal Gigantes Super-Gigantes
152. H&R de algumas estrelas 15 10 5 0 -5 -10 O_______B________A________F________G________K________M______ Tipo Espectral 50.000 25.000 11.000 7.500 6.000 5.000 3.500 K Magnitude absoluta M 0,0001 0,01 1 100 10.000 1.000.000 Luminosidade (L Sol =1) Temperatura superficial Rigel Spica Regulus Sirius A Vega Altair Procyon A Sol 61 CYgnus A Proxima Wolf 359 Capela Arcturus Aldebaran Antares Betelgeuse Deneb Sirius B Procyon B Pollux Centaurus A Fomalhaut Achernar Beta Crucis
156. Raio de uma estrela R A F E,t Fluxo F = P / A F = E / ( A t ) d L = ( 4 R 2 ) ( T 4 ) L T F = L / ( 4 d 2 ) Luminosidade é a potência total emitida pela estrela
157. Diagrama H&R detalhado 15 10 5 0 -5 -10 O_______B________A________F________G________K________M______ Tipo Espectral 50.000 25.000 11.000 7.500 6.000 5.000 3.500 K Magnitude absoluta M 0,0001 0,01 1 100 10.000 1.000.000 Luminosidade (L Sol =1) Temperatura superficial 0,01 R Sol 0,1 R Sol 1 R Sol 10 R Sol 100 R Sol 1000 R Sol 10 M Sol 30 M Sol 5 M Sol 1 M Sol 0,2 M Sol
163. Cetus ☺ Baleia ☻ Primeira variável descoberta: Mira (o Ceti), em 1595, por Fabricius
164. Estrelas Variáveis São estrelas cujo brilho observado varia com o tempo. t 1 t 2 t 3 Primeira variável descoberta: Mira (o Ceti), em 1595, por Fabricius
171. Cefeida como determinadora de distância m = c – 2,5 log {L/(4 d 2 )} m – M = 5 log d - 5 Observando uma cefeida clássica P M = c – 2,5 log {L/(4 D 2 )} D = 10 pc 10 100 1.000 10.000 100.000 1.000.000 10.000.000 100.000.000 1.000.000.000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 d [pc] m - M M d = ? m 0 -1 -2 -3 -4 -5 0 0,5 1.0 1.5 M v log P
172.
173.
174.
175. Uso de Supernovas para determinar distâncias + 2 - 18 - 2 - 6 - 10 - 14 tempo Brilho máximo em todas as supernovas M visual = -19,6 m – M = 5 log d - 5 M v Curva de luz de uma Supernova d Explosão de uma supernova m
179. Teoria da Pulsação Recombinação do H ou do He Ionização do H ou do He H - He - H o He o Equilíbrio r p p T p T p G p G p G = k´/ r 2 p T = k” / r 3 r equilíbrio 0 p G = p T p G > p T p G < p T Emissão de energia
184. Primeira Lei de Kepler ( 1571 - 1630 ) Um corpo ligado a outro, gravitacionalmente, gira em torno dele numa órbita elíptica.
185. Movimento em torno do Centro de Massa Comum CM M m d D r = d + D 1 1 2 2 3 3 4 4 M d = m D
186. Terceira Lei de Kepler ( r / r’ ) 3 = ( T / T’ ) 2 r 3 = k T 2 Expressão aproximada de Kepler T’ M m m’ r r’ T r 3 = [G/(4 2 )] ( M + m ) T 2 Expressão correta:
190. Princípio da Inércia ( Newton, 1642- 1727 ) Um corpo, sobre o qual não age nenhuma força, tende a manter seu estado de movimento ou de repouso. X Força Movimento retilíneo uniforme V V
196. Relação Massa-Luminosidade M bolom. 0 12 4 8 M * = M estrela / M Sol 1/8 1/4 1/2 1 2 4 M * M bol = 4,6 – 10 log M * M bol = 5,2 – 6,9 log M * Massa Magnitude absoluta bolométrica
208. Efeito Doppler-Fizeau com movimento da fonte 0 0 1 1 2 2 3 3 4 f R < f E Som mais grave Luz mais avermelhada f R > f E Som mais agudo Luz mais azulada Desloc. v / c = ( R E ) / E
210. Espectro recebido de acordo com a velocidade radial Repouso f Observador Afastamento Aproximação
211. Efeito Doppler-Fizeau Prisma v / c = [ ( z +1) 2 - 1 ] / [ ( z +1) 2 + 1 ] Pequena velocidade v v / c z Espectro de astro em repouso Espectro do astro observado V z = ( R E ) / E Red-Shift
213. Métodos de determinação de distâncias no Universo Confins do Universo Laser 1 UA 300 al Paralaxe trigonométrica 30 k.al Paralaxe espectroscópica 50 M.al 4,5 3,5 4,0 Mag. Visual Tempo Brilho Curva de luz de estrelas variáveis 600 M.al + 2 - 18 - 2 - 6 - 10 - 14 tempo M v m Brilho de supernovas no seu máximo 15 G.al Velocidade Radial Distância v v = H D c Lei de Hubble
215. Efeito Doppler em binárias espectroscópicas V orbital V afastamento = 0 o e Exemplos: # Dzeta Fenix # Iota Orionis # Alfa Virgem V orbital V afastamento = V orbital o e V orbital V afastamento = - V orbital o e o e o e v afast e e c = =
216. Movimento de estrelas de sistemas binários em torno do Centro de Massa Comum 2 2 1 1 CM Aproximação Afastamento Terra
217. Desdobramento de raias pelo Efeito Doppler em binárias espectroscópicas 1 2 Espectros desdobrados Espectros coincidentes pois as duas estrelas se deslocam ortogonalmente à linha de visada Estrela aproximando Estrela afastando Estrela aproximando Estrela afastando
221. Campos magnéticos estelares Estrela Desdobramento de linha por causa do efeito Zeeman quando uma radiação passa por um campo magnético Se não houvesse campo magnético Radiação Campo magnético Zeeman
224. Equilíbrio hidrostático R r d r M d M d p = (G M /r 2 ) d r g p p + d p Aceleração da gravidade superficial: g = G M / r 2 Lei de Stevin g p p + d p h d p = gh
225. Geração de energia R r d r M d M = energia gerada por unidade de tempo e por unidade de massa d L = (4 r 2 ) d r = f{ , T , composição } M = 1
226. Pressão térmica P gravitacional P térmica p V = ( M / mol ) R T = M / V p = R T / mol Lei dos gases perfeitos
227. Transporte de energia Nas regiões radiativas: L{r} = - [ ( 16 ) / 3 ] [ r 2 / ( k ) ] [ d T 4 / d r ] Nas regiões convectivas: p = cte . Coeficiente de Poisson: = c p / c v k = f { B , T , } Coeficiente de absorção de Rosseland
228. Modelo de estrutura interna L{r} = - [ ( 16 ) / 3 ] [ r 2 / ( k ) ] [ d T 4 / d r ] p = cte . p = R T / mol d L = (4 r 2 ) d r d p = (G M / r 2 ) d r d M = (4 r 2 ) d r P gravitacional P térmica R r d r M d M g p p + d p