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Redesign do material didático do curso “ead - Astrofísica Geral - 2013” ministrado pelo Observatório Nacional. Este projeto foi produzida como trabalho de conclusão de curso de Comunicação Visual Design na ufrj em 2014 sob orientação da designer Nair de Paula Soares. A fonte utilizada em textos e legendas é a Minion Pro. Títulos foram compostos em Caecilia lt std. Imagem da capa do 2º módulo Nebulosa da Águia Um dos pilares estelares da Nebulosa da Águia. A Nebulosa da Águia (Messier 16 ou ngc 6611) é um jovem aglomerado estelar aberto localizado na Constelação de Serpente. O objeto foi descoberto pelo astrônomo francês Jean-Philippe de Chéseaux em 1745-46 e seu nome deriva da forma que sua nuvem interestelar protoestelar em torno do aglomerado, que lembra uma águia. Fotografia de 2006. Crédito: NASA, ESA e The Hubble Heritage Team (stsci/aura).
S u m á r i o Módulo 2
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8 A Estrutura do Átomo
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8.1 A Estrutura Atômica: o Átomo “Antigo” e o Átomo “Moderno”
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8.2 Uma Nova Descrição da Matéria: a Mecânica Quântica
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8.3 Os Níveis de Energia de um Átomo: Excitação e Desexcitação
17
8.4 Ionização e Plasma
19
9 As forças Fundamentais da Natureza
23
9.1 Léptons e Quarks: os Constituintes Básicos de Todo o Universo
25
9.2 As Forças que Atuam na Natureza
27
9.3 A Força Gravitacional
32
9.4 A Força Eletromagnética
35
9.5 A Força Fraca
37
9.6 A Força Forte
39
10 A Radiação Térmica
41 43
10.1 A Radiação Emitida pelos Corpos Celestes 11 O Espectro Eletromagnético
47
11.1 Uma História Fascinante: os Espectros e a Espectroscopia
50
11.2 As Leis da Espectroscopia
53
11.3 Olhando Alguns Espectros de Absorção
55
12 Como Observamos as Estrelas:
58
Os Telescópios
59
12.1 Telescópios Astronômicos
61
12.2 Princípios Ópticos de um Telescópio: Lentes e Espelhos
61
12.3 Telescópios Refratores
63
12.4 Telescópios Refletores
65
12.5 Os Grandes Telescópios Óptico/Infravermelho
66
12.6 Radiotelescópios
67
12.7 Telescópios Espaciais
68
Os Detectores
68
12.8 Espectrógrafos
69
13 Os Espectros
73
13.1 Os Espectros Estelares e a Classificação Espectral de Harvard
76
13.2 Aspectos Gerais das Classes Espectrais Estelares
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Como Observamos as Estrelas
Imagem da página anterior Impressão Artística do E-ELT Concepção artística do Extremely Large Telescope Europeu (E-ELT) em sua futura localização no topo de Cerro Armazones, nos Andes chilenos. O E-ELT, com um espelho primário de 39 metros, será o maior telescópio óptico/infravermelho do mundo o maior olho do mundo no céu. Ilustração de 10 de abril de 2013. Crédito: ESO
12.1 Telescópios Astronômicos Desde a sua invenção por Galileu, há quatro séculos, o telescópio tem se revelado como a ferramenta mais importante do astrônomo. Muitas descobertas foram feitas a partir da simples utilização de um telescópio. Já no seu primeiro uso, Galileu descobriu que a superfície da Lua era coberta de crateras e que Júpiter possuia satélites. Usando um telescópio podemos ver objetos astronômicos extremamente fracos muito mais claramente do que seria possível a olho nú. Os telescópios são essenciais porque eles nos dão imagens maiores, mais brilhantes e mais nítidas dos objetos astronômicos distantes do que os nossos olhos são capazes de fazer. O ato de olhar para o céu por meio de um telescópio aumentou enormemente o nosso conhecimento, e as nossas dúvidas, sobre os elementos integrantes do Universo. Hoje os astrônomos profissionais praticamente não “olham” para o céu: eles o medem. Para isso, os astrônomos utilizam detectores cada vez mais sofisticados que, acoplados aos telescópios, permitem que a física do Universo seja desvendada. No entanto, estes detectores sozinhos não conseguem nos dar nenhuma informação sobre o céu. Somente ao serem acoplados a um telescópio é que os detectores conseguem realizar as funções para as quais foram projetados. Isto mostra que o telescópio ainda é o elemento principal da astronomia. Tradicionalmente os telescópios têm sido usados para detectar a luz visível. Hoje, no entanto, todo o espectro eletromagnético pode ser estudado fazendo-se uso de detectores especiais capazes de registrar fótons nos mais diversos comprimentos de onda. Seja qual for a região espectral que você deseja estudar, o procedimento geral é sempre o mesmo: por meio de lentes ou espelhos a radiação proveniente de um objeto distante é levada a um foco onde a imagem resultante é vista ou fotografada ou registrada por meio de equipamentos digitais.
12 Como Observamos as Estrelas: os telescópios
A Função de Um Telescópio Ao contrário do que muitos pensam, a principal função de um telescópio astronômico não é ampliar o tamanho de objetos mas sim coletar radiação eletromagnética. A ampliação é grandemente secundária. Embora algumas vezes ela seja útil, a grande ampliação produzida nos maiores telescópios traz enormes problemas técnicos para os construtores de instrumentos astronômicos. Tipos de Telescópios Podemos classificar os telescópios de várias maneiras. De modo geral, é importante saber: •• onde ele está situado; •• como ele captura as informações. Classificação Segundo a Sua Localização Telescópios terrestres Qualquer tipo de telescópio, óptico ou radio, de qualquer tamanho, situado sobre a superfície da Terra
Very Large Telescope (VLT) da ESO enquanto o sol nasce em Paranal no Deserto do Atacama no Chile. Crédito: John Colosimo/ESO
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