Post on 07-Sep-2019
Asignatura optativa, 6 ECTS
Licenciatura de Física, UM
Profesor: Javier Bussons Gordo
apuntes basados en la asignatura de Astronomía General de la Universidad de Cantabria (Francisco Carrera) y
en “Astronomía fundamental” (V.J.Martínez, J.A.Miralles, E.Marco, D.Galadí – Universidad de
Valencia)
Astrofísica
Programa
• Introducción: Objetivos e Historia• Astronomía de posición y mecánica celeste• Procesos Físicos en Astronomía
• Observables e Instrumentación• El Sol y el Sistema Solar• Estrellas• Galaxias y Galaxias Activas• Astrobiología: vida en el Universo
1. Introducción
• ¿Qué tiene que explicar la Astronomía?– Movimientos de los astros →Astronomía– Composición, propiedades físicas... →Astrofísica– Origen... → Cosmología
• ¿Cómo lo ha ido explicando a lo largo del tiempo?
→ Historia de la Astronomía
Movimientos de los astros
• A simple vista:– Estrellas: movimiento diurno– Sol: movimiento diurno y anual
– Luna: movimiento diurno, periódico y fases– Planetas (errantes): Mercurio, Venus,
Marte, Júpiter, Saturno
– Cometas, metoros...
Astronomía antigua
• Utilidad primordial: predecir estaciones, medir tiempo y posiciones
• También eclipses...• Stonehenge (2000 A.C.):
alineaciones
• Egipto (3000 A.C.): inundaciones del Nilo, orientación pirámides• Mesopotamia (2000 A.C.-): sistema de numeración en base 12
→ horas del día
→ constelaciones del Zodíaco
→división de los ángulos en 60– Registro de datos durante muchos años
Astronomías china y maya
• Astronomía china (1300 A.C.-):– Datos recopilados durante ~2600 años
• Cometas (Halley ≥466 A.C.!)• Novas y supernovas• Eclipses
• Medida de la duración del año, precesión y predicción eclipses
– Muy ligada a la Astrología
– En decadencia a partir de la Edad Media
• Mayas (0-1000 DC): – duración del año con mucha exactitud
– importancia de Venus
Astronomía griega• Muy extendida en el tiempo, influencia egipcia y
mesopotámica• Nace la Astronomía como Ciencia:
– racionalidad– geometría
• Pitágoras, Eudoxus,Aristóteles:– Tierra esférica– Luna brilla por la luz del Sol– Modelos matemáticos con esferas– Dos mundos: supralunar perfecto y sublunar
• Aristarco,Eratóstenes: geometría– Distancia Tierra-Sol y Tierra-Luna– Diámetro Tierra
• Hiparco de Nicea:– Sistema de magnitudes– Catálogo de 850 estrellas– Precesión de los equinoccios (~45”/año)
• Ptolomeo:– Escribió el Almagesto en 13 vols.– Amplió el catálogo de Hiparco– Modelo ptolemaico
• Todos los astros giran alrededor de la Tierra (~)
• Las estrellas en la esfera celeste• Astros son perfectos• Modelo geocéntrico “puro” no podía explicar
movimiento retrógrado de planetas• Modelo Ptolemaico:
– Combinación de movimientos circulares– Bastante complejo:
¡La Tierra no está en el centro!¡El movimiento no es circular y uniforme!
– Modelo Ptolemaico usado durante casi 1500 años
• Problemas con modelo heliocéntrico:– Ausencia de paralaje estelar– Ausencia de sensación de movimiento
Modelos geocéntricos
Astronomía en la Edad Media
• Los conocimientos de los griegos fueron heredados, aumentados y transmitidos por los árabes:– Navegación– Oblicuidad de la eclíptica, precesión– Nombres de estrellas: Betelgeuse, Mizar,
Alcor, Algol, Deneb, Altair, Aldebarán...
• Siglo XI, Azarquiel: Tablas toledanas• Siglo XII, Escuela de Toledo (Alfonso X):
– Traducción del Almagesto al latín– Tablas Alfonsinas, referencia obligada
posterior
El nacimiento de la Astronomía moderna
• Contacto con los árabes y con Bizancio• Siglo XIII:
– Universidades establecidas
– Empezaba a darse importancia a la experimentación sobre la tradición (R. Bacon)
• Nuevas observaciones en desacuerdo con el modelo ptolemaico
• Renacimiento: – intercambio de ideas
– confianza en las capacidades humanas
Copérnico (1473-1543)
• Primer modelo heliocéntrico completoDe revolutionibus Orbium Celestium
– Sol en el centro y planetas en órbitas circulares uniformes
– explicación natural del movimiento retrógrado
– planetas interiores y exteriores, distancias
– todavía con epiciclos
• No fue generalmente aceptado:– paralaje...
Tycho Brahe (1546-1601)• El mejor observador pre-telescópico• Observatorio y taller (Uraniborg,
Dinamarca)• Instrumentos de gran tamaño y fijos →
precisión de 1’ (3% diámetro Luna)• Observaciones continuas• Observó nova y cometa (celestes)
• Ausencia de paralaje estelar (y medida diámetro?!)→Rechazo del modelo heliocéntrico
→Modelo de Tycho: Sol, Luna alrededor Tierra, los demás alrededor del Sol
• Al final de su vida se mudó a Praga→Encontró a Kepler al que legó datos de 30 años de observaciones
Johannes Kepler (1571-1629)
• Análisis de la órbita de Marte:– Modelo órbitas circulares >8’ datos
• Tres leyes de Kepler (1609,1619):– Los planetas se mueven alrededor del Sol en
órbitas elípticas, con el Sol en un foco
– La línea que une el planeta con el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales
– El cociente entre el cuadrado del período y el cubo del semieje mayor es el mismo para todos los planetas
Galileo Galilei (1564-1642)• El primero en observar sistemáticamente
el cielo con un telescopio (1609):– La Vía Láctea formada por muchas estrellas
– Manchas solares y rotación del Sol
– Luna tiene cráteres y montañas
– Fases de Venus
– Anillos de Saturno
– Satélites de Júpiter (Io, Ganímedes, Europa y Calixto) que giran alrededor de Júpiter
Galileo Galilei (1564-1642)
• Observaciones:– Las estrellas son puntuales– Manchas solares y rotación del
Sol– Luna tiene cráteres y montañas– Fases de Venus– Satélites de Júpiter (Io,
Ganímedes, Europa y Calixto) que giran alrededor de Júpiter
• Modelos/teorías:– Medida diámetro estelar– Objetos celestes esferas
perfectas– Venus orbita alrededor de la
Tierra
• Consecuencias:– Estrellas muy lejos
– Cuerpos celestes pueden rotar
– La Tierra y la Luna son cuerpos celestes
– Venus gira alrededor del Sol
– La Tierra no tiene que ser el centro de todos los movimientos
El modelo heliocéntrico
• Después de los trabajos de Copérnico, Galileo y Kepler, el modelo heliocéntrico acabó imponiéndose:– simple
– elegante
– preciso
• Sin prueba directa definitiva hasta mediados del s. XVIII
Isaac Newton(1643-1727)
• Philosophia naturalis principia mathematica (1687)
• Ley de la gravitación Universal:– F=GMm/r2
– Mismos principios físicos en la Tierra y en los cuerpos celestes
– Explicación física de las leyes de Kepler
• Estudio de la luz:– Descomposición en colores de la luz
(aberración cromática)– Desarrollo de telescopios reflectores,
que son los que se usan ahora
Desarrollo de la Astronomía observacional• Edmond Halley (1656-1742), cometa (P=76 a.) y catálogo
de 3000 estrellas (iniciado por Flamsteed)– Movimientos propios de las estrellas
• James Bradley (1693-1762): – aberración de la luz (movimiento Tierra y c)– nutación eje rotación Tierra
• F.W. Bessel (1784-1846), catálogo:– paralaje anual de una estrella 61 Cygni (1/3”)
• W. Herschel (1738-1822):– 1781 planeta Urano:– Aplicación de la estadística a la Astronomía– Forma de la Galaxia– Luz infrarroja
• C. Messier (1730-1817): catálogo nebulosas• J. Le Verrier (1811-1877): Neptuno (1846)• C. Tombaugh (1906-1997): Plutón (1930)
• J. Fraunhofer (1787-1826): – espectro constituido por líneas oscuras
• G. Kirchhoff (1824-1887)/R. Bunsen (1811-1899) – Relación entre espectro y composición
• A.J. Ånsgtröm (1814-1874):– H en espectro del Sol
→Composición astros=composición Tierra
→Espectroscopía es una herramienta astrofísica
Nacimiento de la Astrofísica
• A. Secchi (1818-1878):– Analizó espectro 4000 estrellas
→Clasificación estelar
Nacimiento de la Astrofísica
• E. Hertzprung (1873-1967)/H.N. Russell (1877-1957)– Diagrama color-magnitud
→Desarrollo teorías evolución estelar
• H. Leavitt (1868-1921):– Relación P-L de estrellas Cefeidas
→Distancia a otras galaxias
• H. Shapley (1885-1972):• Sol no en centro Galaxia
• E. Hubble (1889-1953):• 1924: M31 es otra galaxia como Vía Láctea• 1929: v ∝ D
→Expansión del Universo
• A. Einstein (1879-1955): teoría de la gravitación→Estructura y evolución estelar
→Evolución del Universo
• A. Eddington (1882-1944):• Comprobación teoría de la Relatividad General• Relación masa-luminosidad de las estrellas
Nacimiento de la Cosmología