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CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE

        (Palermo, 22 novembre 2011)


 IV° Incontro “Galassie e Cosmologia”

Le distanze astronomiche (Angelo Frosina)
L'”Universo” secondo la concezione di Anassimandro (VI secolo a.C.)
             (da “Astronomia”, ediz.Curcio).



Possiamo far risalire al VI secolo a.C. l'inizio delle prime indagini razionali sul cosmo, ad opera
dei primi filosofi di Mileto, Talete, Anassimandro e Anassimene. Il concetto principale riguar-
dava la posizione della Terra, immaginata cilindrica e appiattita, immobile al centro del mondo.
Aristarco di Samo (310-230 a.C.)


                                       Nel suo unico trattato che si è conservato – Sulla
                                       grandezza e la distanza del Sole e della Luna – Aristar-
                                       co ci mostra correttamente come (almeno in linea di
                                       principio) si possano calcolare le distanze relative della
                                       Luna e del Sole.




                                          Quando la Luna è al primo o all'ultimo quarto (“in
                                          quadratura”), l'angolo Terra-Luna-Sole è retto. Mi-
                                          surando l'angolo Luna-Terra-Sole, siamo in grado di
                                          apprendere la forma del triangolo che unisce i due
                                          corpi e,quindi, il rapporto fra due suoi lati scelti a
                                          Piacere.

                                          ●Aristarco: TS/LT = 19.1 e DSole = 7 DTerra
(Da “Giornale di Astronomia”-Vol.36°      ●Vero: TS/LT = 382 e DSole = 109 DTerra
n.2)
Misura del raggio della Terra
                                                   Eratostene (276-194 a.C.)

                                                   Eratostene misurò per l'angolo α
                                                   un valore di 7° 12' e poiché la di-
                                                   stanza tra Alessandria e Siene, as-
                                                   sunte alla stessa longitudine, era
                                                   valutata in 5000 stadi ne risultava
                                                   una circonferenza della terra a
                                                   250 000 stadi, ovvero pari a 39 690
                                                   km (solo l'1% in meno del valore medio
                                                   misurato con metodi moderni).




(Tratto da “Giornale di Astronomia”-Vol.36° n.2)


         R = raggio terrestre = P1 P2 /α
(Tratto da Vanin G. “Astronomia Viva!” - Unione Astrofili Italiani)
DEFINIZIONE DI PARALLASSE




Lo sfondo cambia a seconda del punto
di vista dal quale osserviamo la stella
LA PARALLASSE DIURNA E ANNUA




              Parallasse diurna. R=raggio terrestre




                  Parallasse annua. OT=1 U.A.
UNITA' DI MISURA DELLE DISTANZE ASTRONOMICHE

Velocità della luce c = 299 792.458 km/s

Unità astronomica UA = 149 597 870 km

Tempo luce per 1 UA = 499.004782

Anno luce (distanza percorsa dalla luce in un anno = 9.4607x10 12 km

Parsec (distanza alla quale la parallasse annua ha il valore di 1”) = 3.2616 anni luce

1 pc = 3.09 x 1013 km = 206 265 UA




Se con π” si indica la parallasse annua di una stella, allora la sua distanza (in parsec)
sarà:
                                       d = 1/π”

La stella più vicina, Proxima Centauri, ha la parallasse di 0”.762; la sua distanza è perciò
d = 1/0.762 = 1.31 pc .
CONFRONTO TRA DISTANZE DI DIVERSI OGGETTI




  OGGETTO               km             UA          a.l.       parsec
     Luna             384 400          ---          ---         ---
     Sole           149 597 870         1           ---         ---
    Plutone        5 913.52 x 106     39.44         ---         ---
Proxima Centauri     3.99 x 1013    2.67 x 105     4.22        1.31
   61 Cygni              ---        > 700 000      11.1         3.4
     M 31                ---           ---       2.3 x 106   ~ 670 000
MA SINO A DOVE POSSIAMO ARRIVARE ?


Con il metodo della parallasse trigonometrica possiamo arrivare a misurare la distanza di
stelle fino a circa 50-100 pc (ma la precisione con cui si effettua la misura decresce rapidamente
man mano che si passaa stelle con parallassi inferiori a 0.1” ), il che significa apprezzare
spostamenti parallatticidell'ordine di 0.02” - 0.01” .

Per dare un'idea dell'entità di tale angolo, osserviamo che è più o meno l'angolo sotto
cui si vede la larghezza (non la lunghezza!) di una matita da una distanza di 100 km.

Con questo metodo si può arrivare a determinare la distanza di circa 100 000 stelle.

Fino a circa una ventina di anni fa si conosceva, con sufficiente accuratezza, la parallasse
trigonometrica solo per poche migliaia di stelle.
UN GRANDE PASSO AVANTI...




                                                    Nel 1989 fu lanciato il setellite astrometrico
                                                    del'ESA Hipparcos che, per quattro anni, lavorò
                                                    alla determinazione di magnitudini, parallassi e
                                                    moti propri stellari con una precisione senza pre-
                                                    cedenti.
                                                    Il ciclopico lavoro ha prodotto, alla fine, due mo-
                                                    numentali cataloghi:
                                                    ●
                                                      Tycho => 118 000 stelle (precisione 1/1000”)
                                                    ●
                                                      Hipparcos => 1 000 000 di stelle (precisione
                                                    1/50”)


Il satellite astrometrico dell'ESA Hipparcos        Per tutte le stelle fino a circa 150 parsec posse-
Fu ideato e costruito da un consorzio industriale   diamo accurate misure di parallasse.
costituito dalla Matra Marconi Space (Francia)
e dall'Alenia Spazio (Italia).
COSA CI RISERVA IL FUTURO...




                      Il satellite GAIA in un'elaborazione artistica dell'ESA



Il satellite GAIA (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) è la continuazione
della missione Hipparcos. L'obiettivo è quello di ottenere un catalogo di circa un miliardo di
stelle fino alla magnitudine 20, con una precisione fino a 10 microsecondi d'arco per quelle
più vicine (un capello umano visto da una distanza di 1000 km!).
DISTANZE STELLARI: GLI ALBORI




    Friedrich Wilhelm Bessel (1784-1846) per primo misurò (1838) la
    distanza di una stella con il metodo della parallasse.
    Si trattava della 61 Cygni, un sistema binario poco appari-
    scente, a malapena visibile a occhio nudo sotto cieli tersi e
    bui, eppure estremamente interessante per due motivi.

    ●
      Moto proprio alto, circa 5”/anno
     (G.Piazzi le aveva dato l'appellativo di
     “Stella Volante”);
    ●
      Presenza di parecchie stelline di riferimento nel campo
     telescopico
    ●
      Parallasse di 61 Cygni (Bessel, 1829) = 0”.3
      => d=1/0.3=3.3 parsec ~ 690 mila volte 1 U.A.
I PRIMI INDICATORI DI DISTANZA-LE CEFEIDI




     Henrietta Swan Leavitt (1868-1921)


(Da Lamberti C. “Capire l'Universo” - Springer, 2011)
Equazione lineare di una
retta: y = a + bx
(Da Bőhm C. “Le chiavi del cosmo” - Muzzio Editore, 1989)
(Da Hoffleit D. “Women in the History
Of Variable Star Astronomy” - AAVSO,
1993)
FORMA (QUASI DEFINITIVA...) DELLA RELAZIONE P-L




                              M = -1.43 – 2.81 x log P




M => magnitudine assoluta visuale media (media aritmetica tra il massimo e il minimo)

P => periodo espresso in giorni




                                  m – M = 5logd - 5



  Relazione fondamentale che lega la differnza (m-M), detta modulo di distanza, alla
  distanza d espressa in parsec; log è il logaritmo in base 10.
M = m + 5 – 5logd - A




Questa è una formula modificata, rispetto a quella classica, che contempla una correzione
A(λ) in presenza di assorbimento interstellare. A(λ) è tutta da valutare e la cosa non è
del tutto semplice.
Quando esso è trascurabile o si riesce a valutarlo con buona precisione tutto va bene e,
dalla conoscenza di m ed M, si ha subito d. Negli altri casi il metodo fotometrico, il meto-
do delle cefeidi, perde, in parte, la sua validità.
ADESSO POSSIAMO SPINGERCI OLTRE...




 (Tratto da: “Capire l'Universo” di Corrado Lamberti - Springer)
DISTANZE GALATTICHE ED EXTRAGALATTICHE




Nova Cygni 1992 –
P.Garnavich 1.2 m
telescope – Whipple
Observatory

                                   SN 1994D nella galassia NGC 4526
                                   Supernovae di tipo Ia.
         M = -7.5
                                          M = -21.0
L'ESPANSIONE DELL'UNIVERSO




Edwin Powell Hubble (1889-1953)



                                                Il telescopio Hooker di Monte
                                                Wilson del diametro di 2.5 m
LA LEGGE DI HUBBLE




                      V = Ho * d




Il valore di Ho attualmente adottato è di 72 km s-1 Mpc-1
con un'incertezza del 5%.
Le prime stime fatte da Hubble fornivano per Ho un valore
di circa 560 km/sec*Mpc, il che implicava un'età
dell'Universo inferiore ai due miliardi di anni!
Oggi essa viene stimata prossima ai 14 miliardi di anni.
Bibliografia

●
  C.Lamberti, “Capire l'Universo”, Springer - 2011
●
  L.Rosino “Il nostro universo”, UTET – 1985
●
  C.Bőhm “Le chiavi del cosmo”, Muzzio Editore, 1989
●
  M. Landi Degl'Innocenti (CNR Arcetri), “Misure di distanza in Astronomia”, Giornale di Astronomia SaIT
●
  G. Cutispoto “La misura delle distanze astronomiche”, Giornale di Astronomia – Giugno 2010
●
  Sito dell'AAVSO: http://www.aavso.org
●
  Enciclopedia on-line: http://it.wikipedia.org
●
  G. Romano “Introduzione all'Astronomia”, Muzzio Editore – 1993
●
  http://www.scienzita.it/tabelle/misure/distanze_astronomiche.html
●
  http://it.wikipedia.org/wiki/Pagina_principale

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Corso distanze astro 2

  • 1. CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE (Palermo, 22 novembre 2011) IV° Incontro “Galassie e Cosmologia” Le distanze astronomiche (Angelo Frosina)
  • 2. L'”Universo” secondo la concezione di Anassimandro (VI secolo a.C.) (da “Astronomia”, ediz.Curcio). Possiamo far risalire al VI secolo a.C. l'inizio delle prime indagini razionali sul cosmo, ad opera dei primi filosofi di Mileto, Talete, Anassimandro e Anassimene. Il concetto principale riguar- dava la posizione della Terra, immaginata cilindrica e appiattita, immobile al centro del mondo.
  • 3. Aristarco di Samo (310-230 a.C.) Nel suo unico trattato che si è conservato – Sulla grandezza e la distanza del Sole e della Luna – Aristar- co ci mostra correttamente come (almeno in linea di principio) si possano calcolare le distanze relative della Luna e del Sole. Quando la Luna è al primo o all'ultimo quarto (“in quadratura”), l'angolo Terra-Luna-Sole è retto. Mi- surando l'angolo Luna-Terra-Sole, siamo in grado di apprendere la forma del triangolo che unisce i due corpi e,quindi, il rapporto fra due suoi lati scelti a Piacere. ●Aristarco: TS/LT = 19.1 e DSole = 7 DTerra (Da “Giornale di Astronomia”-Vol.36° ●Vero: TS/LT = 382 e DSole = 109 DTerra n.2)
  • 4. Misura del raggio della Terra Eratostene (276-194 a.C.) Eratostene misurò per l'angolo α un valore di 7° 12' e poiché la di- stanza tra Alessandria e Siene, as- sunte alla stessa longitudine, era valutata in 5000 stadi ne risultava una circonferenza della terra a 250 000 stadi, ovvero pari a 39 690 km (solo l'1% in meno del valore medio misurato con metodi moderni). (Tratto da “Giornale di Astronomia”-Vol.36° n.2) R = raggio terrestre = P1 P2 /α
  • 5. (Tratto da Vanin G. “Astronomia Viva!” - Unione Astrofili Italiani)
  • 6. DEFINIZIONE DI PARALLASSE Lo sfondo cambia a seconda del punto di vista dal quale osserviamo la stella
  • 7. LA PARALLASSE DIURNA E ANNUA Parallasse diurna. R=raggio terrestre Parallasse annua. OT=1 U.A.
  • 8. UNITA' DI MISURA DELLE DISTANZE ASTRONOMICHE Velocità della luce c = 299 792.458 km/s Unità astronomica UA = 149 597 870 km Tempo luce per 1 UA = 499.004782 Anno luce (distanza percorsa dalla luce in un anno = 9.4607x10 12 km Parsec (distanza alla quale la parallasse annua ha il valore di 1”) = 3.2616 anni luce 1 pc = 3.09 x 1013 km = 206 265 UA Se con π” si indica la parallasse annua di una stella, allora la sua distanza (in parsec) sarà: d = 1/π” La stella più vicina, Proxima Centauri, ha la parallasse di 0”.762; la sua distanza è perciò d = 1/0.762 = 1.31 pc .
  • 9. CONFRONTO TRA DISTANZE DI DIVERSI OGGETTI OGGETTO km UA a.l. parsec Luna 384 400 --- --- --- Sole 149 597 870 1 --- --- Plutone 5 913.52 x 106 39.44 --- --- Proxima Centauri 3.99 x 1013 2.67 x 105 4.22 1.31 61 Cygni --- > 700 000 11.1 3.4 M 31 --- --- 2.3 x 106 ~ 670 000
  • 10. MA SINO A DOVE POSSIAMO ARRIVARE ? Con il metodo della parallasse trigonometrica possiamo arrivare a misurare la distanza di stelle fino a circa 50-100 pc (ma la precisione con cui si effettua la misura decresce rapidamente man mano che si passaa stelle con parallassi inferiori a 0.1” ), il che significa apprezzare spostamenti parallatticidell'ordine di 0.02” - 0.01” . Per dare un'idea dell'entità di tale angolo, osserviamo che è più o meno l'angolo sotto cui si vede la larghezza (non la lunghezza!) di una matita da una distanza di 100 km. Con questo metodo si può arrivare a determinare la distanza di circa 100 000 stelle. Fino a circa una ventina di anni fa si conosceva, con sufficiente accuratezza, la parallasse trigonometrica solo per poche migliaia di stelle.
  • 11. UN GRANDE PASSO AVANTI... Nel 1989 fu lanciato il setellite astrometrico del'ESA Hipparcos che, per quattro anni, lavorò alla determinazione di magnitudini, parallassi e moti propri stellari con una precisione senza pre- cedenti. Il ciclopico lavoro ha prodotto, alla fine, due mo- numentali cataloghi: ● Tycho => 118 000 stelle (precisione 1/1000”) ● Hipparcos => 1 000 000 di stelle (precisione 1/50”) Il satellite astrometrico dell'ESA Hipparcos Per tutte le stelle fino a circa 150 parsec posse- Fu ideato e costruito da un consorzio industriale diamo accurate misure di parallasse. costituito dalla Matra Marconi Space (Francia) e dall'Alenia Spazio (Italia).
  • 12. COSA CI RISERVA IL FUTURO... Il satellite GAIA in un'elaborazione artistica dell'ESA Il satellite GAIA (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) è la continuazione della missione Hipparcos. L'obiettivo è quello di ottenere un catalogo di circa un miliardo di stelle fino alla magnitudine 20, con una precisione fino a 10 microsecondi d'arco per quelle più vicine (un capello umano visto da una distanza di 1000 km!).
  • 13. DISTANZE STELLARI: GLI ALBORI Friedrich Wilhelm Bessel (1784-1846) per primo misurò (1838) la distanza di una stella con il metodo della parallasse. Si trattava della 61 Cygni, un sistema binario poco appari- scente, a malapena visibile a occhio nudo sotto cieli tersi e bui, eppure estremamente interessante per due motivi. ● Moto proprio alto, circa 5”/anno (G.Piazzi le aveva dato l'appellativo di “Stella Volante”); ● Presenza di parecchie stelline di riferimento nel campo telescopico ● Parallasse di 61 Cygni (Bessel, 1829) = 0”.3 => d=1/0.3=3.3 parsec ~ 690 mila volte 1 U.A.
  • 14. I PRIMI INDICATORI DI DISTANZA-LE CEFEIDI Henrietta Swan Leavitt (1868-1921) (Da Lamberti C. “Capire l'Universo” - Springer, 2011)
  • 15. Equazione lineare di una retta: y = a + bx
  • 16. (Da Bőhm C. “Le chiavi del cosmo” - Muzzio Editore, 1989)
  • 17. (Da Hoffleit D. “Women in the History Of Variable Star Astronomy” - AAVSO, 1993)
  • 18. FORMA (QUASI DEFINITIVA...) DELLA RELAZIONE P-L M = -1.43 – 2.81 x log P M => magnitudine assoluta visuale media (media aritmetica tra il massimo e il minimo) P => periodo espresso in giorni m – M = 5logd - 5 Relazione fondamentale che lega la differnza (m-M), detta modulo di distanza, alla distanza d espressa in parsec; log è il logaritmo in base 10.
  • 19. M = m + 5 – 5logd - A Questa è una formula modificata, rispetto a quella classica, che contempla una correzione A(λ) in presenza di assorbimento interstellare. A(λ) è tutta da valutare e la cosa non è del tutto semplice. Quando esso è trascurabile o si riesce a valutarlo con buona precisione tutto va bene e, dalla conoscenza di m ed M, si ha subito d. Negli altri casi il metodo fotometrico, il meto- do delle cefeidi, perde, in parte, la sua validità.
  • 20. ADESSO POSSIAMO SPINGERCI OLTRE... (Tratto da: “Capire l'Universo” di Corrado Lamberti - Springer)
  • 21. DISTANZE GALATTICHE ED EXTRAGALATTICHE Nova Cygni 1992 – P.Garnavich 1.2 m telescope – Whipple Observatory SN 1994D nella galassia NGC 4526 Supernovae di tipo Ia. M = -7.5 M = -21.0
  • 22. L'ESPANSIONE DELL'UNIVERSO Edwin Powell Hubble (1889-1953) Il telescopio Hooker di Monte Wilson del diametro di 2.5 m
  • 23. LA LEGGE DI HUBBLE V = Ho * d Il valore di Ho attualmente adottato è di 72 km s-1 Mpc-1 con un'incertezza del 5%. Le prime stime fatte da Hubble fornivano per Ho un valore di circa 560 km/sec*Mpc, il che implicava un'età dell'Universo inferiore ai due miliardi di anni! Oggi essa viene stimata prossima ai 14 miliardi di anni.
  • 24. Bibliografia ● C.Lamberti, “Capire l'Universo”, Springer - 2011 ● L.Rosino “Il nostro universo”, UTET – 1985 ● C.Bőhm “Le chiavi del cosmo”, Muzzio Editore, 1989 ● M. Landi Degl'Innocenti (CNR Arcetri), “Misure di distanza in Astronomia”, Giornale di Astronomia SaIT ● G. Cutispoto “La misura delle distanze astronomiche”, Giornale di Astronomia – Giugno 2010 ● Sito dell'AAVSO: http://www.aavso.org ● Enciclopedia on-line: http://it.wikipedia.org ● G. Romano “Introduzione all'Astronomia”, Muzzio Editore – 1993 ● http://www.scienzita.it/tabelle/misure/distanze_astronomiche.html ● http://it.wikipedia.org/wiki/Pagina_principale