L'osservazione del nostro universo

1. Sebbene il concetto moderno di Universo e il suo studio siano stati introdotti dai Greci, i cambiamenti che avvengono in cielo (moto diurno e annuale del Sole, fasi lunari etc) furono notati già in epoca preistorica e risalgono a circa 30000 anni fa le prime registazioni sistematiche dell’alternarsi delle fasi lunari. Secondo Cassini (1625-1712) “.. non fu solo la curiosità, che trasportò gli uomini ad applicarsi alle osservazioni astronomiche; si può dire che vi furono costretti dalla necessità. Perché se non si osservano le stagioni, che si distinguono dal moto del Sole, è impossibile di riuscire nell’Agricoltura”. Saper quantificare il tempo è stata sempre una necessità primaria dell’uomo.Il famoso sito megalitico di Stonehenge (2500 AC), serviva anche a questo. L’allinementi delle pietre segnano i punti in cui sorge e tramonta il Sole nei solstizi. L'osservazione del nostro universo Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

2. 6000 anni fa i babilonesi costruivano già enormi piramidi “ziggurat” per osservare il cielo. Per loro il cielo era una volta solida le cui fondamenta poggiano sul vasto oceano “l’abisso” (apsu), che sostiene anche la Terra. Già 4000 anni fa ad Ur viene registrata la prima eclissi di Luna della storia. Dal 1300 a. C., e per più di 2600 anni i Cinesi hanno registato circa 900 eclissi di Luna e 600 eclissi di Sole. Intorno al 700 a. C. I Babilonesi sapevano prevedere le eclissi di Luna ed Esiodo nel suo libro “Le opere e i giorni”, espone le principali nozioni di astronomia pratica utili alla navigazione e all’Agricoltura. L'osservazione del nostro universo Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

3. Nel VI secolo a.C iniziano, con la scuola di Mileto (Talete, Anassimene e Anassimandro), le prime riflessioni sull’Universo. • Talete: • La Terra è rotonda • La Luna è illuminata dal Sole • Predizione dell’eclissi di Sole del 585 a. C. • Pitagora e la sua scuola (VI sec a.C) • Sfericità di Terra, Sole, Luna • Rotazione Terrestre • Moto di rivoluzione di Venere e Mercurio L'osservazione del nostro universo Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

4. Eudosso di Cnido (408-355 a.C.) fu il primo a elaborare matematicamente un sistema del mondo in cui gli astri sono distribuiti su 27 sfere ideali. L'osservazione del nostro universo Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

5. Aristarco di Samo (IV-III sec a. C) • Sistema Eliocentrico – Moto di rotazione della Terra • Prime misure di dimensioni e distanze di Sole e Luna • Eratostane • Misura della lunghezza del meridiano Terrestre L'osservazione del nostro universo Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

6. Ipparco di Nicea (185 - 125 a.C.) diede un contributo fondamentale all’Astronomia: • Scoprì le irregolarità del moto della Luna • L'eccentricità dell'orbita solare e la variabilità della durata delle stagioni che correttamente attribuì a variazioni della distanza della Terra dal Sole. • Calcolò anche la distanza dalla Terra alla Luna, ottenendo un risultato molto vicino al vero mentre una misura analoga per il Sole gli diede un valore molto più incerto. • Compilò un catalogo di oltre 800 stelle, che ripartì in sei classi di grandezza apparenti (magnitudine), e dedusse l'esistenza del fenomeno della precessione. • Rappresentò i moti del Sole e della Luna e si avvalse della teoria degli epicicli che costituì la base per il sistema tolemaico. L'osservazione del nostro universo Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

7. Claudio Tolomeo (100 -170 d.C.) visse ad Alessandria d'Egitto.La sua principale opera fu l’Almagesto che fu per secoli il testo fondamentale dell’astronomia. L’universo tolemaico è finito, sferico e geocentrico: il sole, la luna e i cinque pianeti (Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno) ruotano attorno alla Terra compiendo un’orbita circolare verso occidente facendo ogni giorno un giro. Dopo Saturno c’è la Sfera delle stelle fisse. I pianeti, oltre a compiere un movimento di rivoluzione intorno alla Terra, ruotano anche intorno ad un punto, l’epiciclo, in modo che la somma del movimento dell’epiciclo con il moto di rivoluzione danno al pianeta un movimento a forma di spirale. L'osservazione del nostro universo Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

8. Copernico Niccolò (Thor 1473- Frauenburg, odierna Fronbork, 1543), è noto per la teoria astronomica detta "teoria eliocentrica" o "teoria eliostatica", in base alla quale il sole è immobile al centro dell’universo e la terra, ruotando quotidianamente sul suo asse, gira nell’arco dell’anno intorno al sole . L'osservazione del nostro universo Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

9. L’Astronomia moderna studia l’Universo e il suo contenuto di materia ed energia a partire dalle particelle elementari (m = 10-30 kg) fino ai superammassi di galassie (m = 1050 kg) • I corpi celesti oggetto dello studio sono: • I corpi del Sistema Solare • Il Sole e le Stelle • Il Mezzo Interstellare (ISM) • Gli Ammassi Stellari • La Galassia (Via Lattea) e le Galassie • Gli ammassi e i superammassi di Galassie • I quasar • L’Universo (Cosmologia) L'osservazione del nostro universo Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

10. L'osservazione del nostro universo I Corpi del Sistema Solare • Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

11. L'osservazione del nostro universo Il Sole • Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

12. March 6, 2012 http://sdo.gsfc.nasa.gov/

13. http://www.spaceweather.com/archive.php?month=03&day=07&year=2012&view=viewhttp://www.spaceweather.com/archive.php?month=03&day=07&year=2012&view=view

14. March 6, 2012 Vela Galactic Plane March 7, 2012 The Sun On March 7, the bright X5.4 solar flare was detected by the Fermi Large Area Telescope in gamma-rays. For almost one day, the Sun became 1000 times brighter than its usual gamma-ray flux. It exceeded by a factor of 100 the brightest point source in the gamma ray sky (Vela). On March 7, Fermi LAT detected approximately 10000 events above 100 MeV coming from the Sun, some of them exceeding 1 GeV in energy, equivalent to a billion times the energy of the visible light. The image on the top shows the gamma-ray full sky as viewed by the LAT on March 6. The Sun during March 6 was not visible in gamma-rays while on March 7 (bottom figure) the Sun exceeded all other sources in the sky. The Fermi LAT is a pair conversion telescope designed to cover the energy band from 20 MeV to greater than 300 GeV. It is the product of an international collaboration between NASA and DOE in the U. S. and many scientific institutions across France, Italy, Japan and Sweden. Credit: Fermi Large Area Telescope Collaboration

15. L'osservazione del nostro universo Le Stelle • Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

16. L'osservazione del nostro universo Le Protostelle • Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

17. L'osservazione del nostro universo Le Nebulose Planetarie • Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

18. L'osservazione del nostro universo Supernovae • Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

19. CRAB NEBULA L'osservazione del nostro universo Stelle di Neutroni • Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

20. L'osservazione del nostro universo Buchi Neri • Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

21. L'osservazione del nostro universo Ammassi Aperti • Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

22. L'osservazione del nostro universo Ammassi Globulari • Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

23. L'osservazione del nostro universo Mezzo Interstellare • Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

24. L'osservazione del nostro universo La Via Lattea • Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

25. L'osservazione del nostro universo Le Galassie • Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

26. L'osservazione del nostro universo I Nuclei Galattici Attivi • Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

27. L'osservazione del nostro universo Gli Ammassi di Galassie • Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

28. Tutti questi oggetti possono essere studiati da diverse angolazioni: • L’ASTRONOMIA SFERICAstudia i sistemi di riferimento delle coordinate con cui si esprime la posisione di un’oggetto sulla volta celeste. • La MECCANICA CELESTEstudia i movimenti dei corpi celesti, siano essi pianeti, sistemi stellari o galassie. • L’ASTROFISICAstudia i corpi celesti con i metodi della Fisica Moderna, cioè cerca di scoprire la composizione chimica e le condizioni fisiche (densità, temperatura ecc.) dei corpi celesti. Affrontantando anche i problemi relativi alla loro origine, evoluzione e fine. L'osservazione del nostro universo Gino Tosti - Dipartimento di Fisica Università di Perugia - gino.tosti@fisica.unipg.it

29. LA SFERA CELESTE Quando si osserva il cielo si ha l'impressione di essere al centro di una grande sfera su cui sembrano fissate tutte le stella visibili ad occhio nudo, cioè tutte quelle che si trovano al disopra dell'orizzonte.

30. LA SFERA CELESTE: Il Moto Diurno Osservando il cielo ad intervalli di tempo successivi durante la stessa notte si osserva che le stelle si spostano come un corpo solido descrivendo dei cerchi i cui centri si trovano lungo l'asse apparente di rotazione della volta celeste. Questo asse, detto asse del mondo, non è altro che il prolungamento dell'asse di rotazione della Terra che incontra la volta celeste in due punti detti Polo Nord celeste e Polo Sud celeste. Il moto apparente delle stelle sulla volta celeste avviene da Est verso Ovest e si chiama moto diurno. Questo moto è solo apparente e riflette il moto di rotazione della Terra che avviene da Ovest verso Est.

31. La Sfera Celeste: LE COSTELLAZIONI Sia per motivi pratici che per scopi di culto, gli antichi popoli della Terra, identificarono in cielo figure simboliche legate alle attività quotidiane: le Costellazioni. Le costellazioni rappresentano uomini, animali o cose ma non hanno una consistenza fisica reale. Le stelle che le formano non si trovano tutte alla stessa distanza dalla Terra, ma le figure che noi chiamiamo costellazioni sono dovute alla proiezione di gruppi di stelle nella stessa regione della sfera celeste.

32. La Sfera Celeste: LE COSTELLAZIONI Sebbene siano all'incirca 6000 le stelle visibili, ogni osservatore ne può osservare circa 3000.

33. La Sfera Celeste: LE COSTELLAZIONI Dal 1992 il cielo è diviso in 88 settori, che portano il nome delle costellazioni che sono all'interno di ciascuno di essi. La denominazione delle prime costellazioni risale alle popolazioni mesopotamiche, altre sono state aggiunte in epoche più recenti. Nei cataloghi moderni alcune costellazioni sono state introdotte per coprire alcune zone del cielo che ancora non avevano una denominazione. Le costellazioni si dividono in: 18 costellazioni boreali (settentrionali); 34 costellazioni equatoriali; 36 costellazioni australi (meridionali).

34. LA SFERA CELESTE: Il Moto Diurno • La stella più vicina al Polo Nord celeste è a Ursae Minoris: la Stella Polare. La sua distanza dal polo è di circa 1°. • Sole, Luna, pianeti, seguono il moto diurno. Tuttavia le loro posizioni rispetto alle stelle fisse cambia di notte in notte: • La Luna da Ovest Est (moto diretto) compiendo un giro completo in 27.32 giorni (ca. 13°/giorno); • Il Soleda Ovest Est (moto diretto) compiendo un giro completo in 365 giorni (ca. 1°/giorno) • I pianeti con periodi più o meno lunghi talvolta da Ovest Est (moto diretto) talvolta da Est Ovest (moto retrogrado)

35. La Sfera Celeste: Il moto apparente del Sole Equinozi e solstizi Punto Gamma

36. Il Moto del Sole Il punto vernale si indica usualmente con il segno astrologico dell’Ariete , graficamente approssimato con la lettera greca  (gamma), il punto di autunno con il segno astrologico della Libra , approssimato con la lettera greca  (Omega). I punti sull’eclittica a 90° dagli equinozi si chiamano solstizi, rispettivamente di estate (ca. il 21 giugno) e di inverno (ca. il 22 dicembre); la declinazione del Sole in questi punti è ʘ = .

37. La Sfera Celeste: LE COSTELLAZIONI ZODIACALI Le costellazioni attraversate dall‘eclittica formano la fascia degli animali o zodiaco. La fascia dello zodiaco contiene anche il moto dei pianeti. Fin dall'antichità la fascia dello zodiaco veniva divisa in dodici parti uguali, a partire dal punto gamma. Ogni casella costituiva un segno zodiacale. A causa del moto di precessione dell’asse di rotazione terrestre il punto gamma scorre con moto lentissimo rispetto alla stella fisse. Questo moto, detto precessione degli equinozi ha come conseguenza un cambiamento delle coordinate di tutti gli astri con un ciclo di 26000 anni.

38. Costellazione Periodo Ariete 18 aprile - 13 maggio Toro 14 maggio - 19 giugno Gemelli 20 giugno - 17 luglio Cancro 18 luglio - 7 agosto Leone 8 agosto - 12 settembre Vergine 13 settembre - 27 ottobre Bilancia 28 ottobre - 19 novembre Scorpione 20 novembre - 27 novembre Ofiuco 28 novembre - 15 dicembre Sagittario 16 dicembre - 18 gennaio Capricorno 19 gennaio - 16 febbraio Acquario 17 febbraio - 11 marzo Pesci 12 marzo - 18 aprile La Sfera Celeste: LE COSTELLAZIONI ZODIACALI Il moto di precessione degli equinozi fu scoperto da Ipparco nel I sec. a.C. In 2000 anni il punto gamma si è già spostato di molto per cui quando il 20/21 Marzo il Sole entra nel segno dell’Ariete in effetti esso è già da una decina di giorni nella costellazione dei Pesci. Inoltre le costellazioni dello zodiaco sono 13 in quanto rispetto ai segni zodiacali occorre aggiungere la costellazione dell’Ofiuco

39. La Sfera Celeste: COORDINATE SFERICHE • Ciascun punto sulla sfera può essere individuato da due coordinate: • La latitudine che da la distanza angolare tra il parallelo per il punto dato e il cerchio massimo di riferimento; • La longitudine distanza angolare tra il meridiano di riferimento e il meridiano passante per il punto. Coordinate Terrestri

40. NOTA – Stime di distanze angolari ad occhio nudo

41. LA SFERA CELESTE: Orizzonte Astronomico Si definisce Orizzonte Astronomico il circolo formato dall’intersezione della sfera celeste con il piano tangente al punto, sulla Terra, in cui ci si trova. Lo Zenit è invece il punto ideale in cui il prolungamento del filo a piombo, posto nel luogo di osservazione, interseca la sfera celeste.

42. LA SFERA CELESTE: Orizzonte Astronomico L’orizzonte astronomico non coincide generalmente con l’orizzonte sensibile, che è la linea che separa il cielo dalla terra o dall’acqua.

43. N Q Asse del mondo I Sistemi di Coordinate: Sistema Orizzontale La perpendicolare al piano orizzontale (detta verticale ed è individuata dalla direzione di un filo a piombo), interseca la sfera celeste in due punti: uno sopra la testa dell’osservatore, detto zenit, ed uno in direzione opposta, detto nadìr Il cerchio massimo contenente i poli celesti, lo zenit ed il nadìr prende il nome di cerchio meridiano (o anche, semplicemente, meridiano). La sua intersezione con l’orizzonte astronomico individua le direzioni Nord e Sud. La distanza angolare di un punto dall’orizzonte astronomico misurata su un arco di cerchio massimo perpendicolare all’orizzonte stesso, dettocerchio verticale- è chiamataaltezza (a). La distanza angolare dalla direzione Nord di un punto situato sull’orizzonte prende il nome di azimut (A). Essendo l’azimut contato in senso orario, i punti Est, Sud, Ovest e Nord hanno rispettivamente A = +90°, +180°, +270° (o anche -90°) e +360° (equivalente a 0°).

44. I Sistemi di Coordinate-Sistema Orizzontale N.B. Il sistema orizzontale (alt-azimutale) è un sistema di riferimento locale, cioè l’altezza e l’azimut di un astro cambiano se si cambia il punto di osservazione. Ciò costituisce uno svantaggio, perché le stesse coordinate individuano punti diversi della sfera celeste a seconda della località di osservazione. Inoltre altezza ed azimut di un astro dipendono dal tempo a causadel moto di rotazione della Terra intorno al suo asse. Telescopio W.Hershel 4.2 m – Montatura Alt-Az

45. I Sistemi di Coordinate-Sistema Orario (o Equatoriale I) Il piano perpendicolare all’asse del mondo è detto piano equatoriale, poiché contiene l’equatore terrestre L’intersezione tra detto piano e la volta celeste è un cerchio massimo della che prende il nome di equatore celeste. Il cerchi massimi passanti per i Poli del Mondo (P e Q) si chiamano Meridiani o Cerchi Orari.Il meridiano locale passante per i punti Z, S, P, Q incontra l'equatore celeste nel punto M detto Mezzocielo. I cerchi piccoli sono chiamti Cerchi di declinazione. Z (Zenit) Meridiano locale M P Cerchio di declinazione celeste E N S W Orizzonte celeste Q Equatore Celeste Na (Nadir)

46. I Sistemi di Coordinate-Sistema Orario (o Equatoriale I) Le coordinate sferiche di questo sistema sono: Angolo orario (H): è la distanza angolare tra il cerchio orario che passa per il punto (T) e il meridiano astronomico. Si misura in ore e frazioni di ora lungo l'equatore celeste, partendo dal meridiano astronomico, in senso orario per un osservatore boreale. Declinazione (d): rappresenta la distanza angolare tra un punto della sfera celeste e l'equatore celeste, misurata lungo il cerchio orario che passa per tale punto. Si misura in gradi e frazioni di grado con segno positivo verso il polo nord celeste e negativo verso il polo sud. H = arco MB  = arco BT 0h H24h -90°   +90°

47. I Sistemi di Coordinate-Sistema Equatoriale II La distanza angolare di un punto della sfera celeste dall’equatore celeste, misurata sul cerchio orario passante per l’astro, è detta declinazione(d), Per definire l’altra coordinata, occorre definire un meridiano di riferimento. Sulla Terra si è scelto arbitrariamente il meridiano di Greenwich come meridiano zero.Sulla volta celeste si è scelto come meridiano zero della sfera celeste il meridiano passante per il punto d’intersezione tra l’equatore celeste e l’eclittica, (punto d’Ariete o punto gamma). La distanza angolare di un punto situato sull’equatore celeste dal punto d’Ariete, misurata in senso antiorario (da Ovest verso Est), è detta ascensione retta (ed indicata con ao A.R.) ed è misurata da da 0h a 24h.

48. I Sistemi di Coordinate-Sistema Equatoriale Si definisce tempo siderale ST l'angolo orario del punto : Considerando che H (angolo orario) è opposto a quello di , data una stella T si trova la relazione : Questa relazione ci dice che se conosciamo ST allora determiniamo la  delle stelle che transitano in meridiano; se invece abbiamo un catalogo di stelle fondamentali per le quali conosciamo bene la , allora determiniamo ST misurando i transiti di tali stelle. ST = H (punto ) 0h≤ST≤24h a= TS -H

49. Il Tempo – Il Tempo Siderale TS-a=H

50. Il Tempo – Il Tempo Siderale Giorno Solare e Giorno Siderale hanno durate differenti a causa del moto di rivoluzione della Terra intorno al Sole. 1 giorno siderale medio = 23h 56m 04s,09054 = 0,9972695664 giorni solari medi