Astrofísica - I Introducción. 2 - La Esfera Celeste

Transcripción

1 Astrofísica - I Introducción 2 - La Esfera Celeste

2 Astrofísica - I Introducción 2 - La Esfera Celeste Astronomía de posición Sistema de coordenadas horizontales Movimiento diurno de las estrellas Sistema de coordenadas ecuatoriales Movimiento aparente del Sol Tiempo solar y tiempo sidéreo Precesión Sistema de coordenadas galácticas Movimiento de los planetas en la esfera celeste

3 Astronomía de posición Estudio de las posiciones de los astros en el cielo y de cómo varían éstas con el tiempo Para estudiar las posiciones se definirán diferentes sistemas de coordenadas, basados en la dirección en que se observan, no las distancias Las posiciones podrán variar, principalmente, por: Rotación de la Tierra (movimiento diurno) Traslación de la Tierra alrededor de Sol (movimiento anual) Rotación lenta del eje de la Tierra (precesión) Movimientos reales de los objetos observados: luna, planetas, estrellas (movimiento propio)

4 Astronomía de posición Estudio de las posiciones de los astros en el cielo y de cómo varían éstas con el tiempo Para estudiar las posiciones se definirán diferentes sistemas de coordenadas, basados en la dirección en que se observan, no las distancias Las posiciones podrán variar, principalmente, por: Rotación de la Tierra (movimiento diurno) Traslación de la Tierra alrededor de Sol (movimiento anual) Rotación lenta del eje de la Tierra (precesión) Movimientos reales de los objetos observados: luna, planetas, estrellas (movimiento propio) Las coordenadas de los objetos deben ser precisas Fundamental para planear y realizar observaciones astronómicas Importante para: calendario, catálogos de objetos, escala de distancias, estudios de cinemática y estructura de la Galaxia y distribuciones a gran escala Para cambiar de unos sistemas de coordenadas a otros se aplica la trigonometría esférica (triángulos sobre una esfera) (ver ej. Textbook on Spherical Astronomy, W.M. Smart) Kart

5 La esfera celeste Aunque los diferentes astros no están a la misma distancia de la Tierra, para estudiar su posición los consideraremos proyectados sobre una esfera celeste esfera celeste ecuador celeste polo norte celeste polo sur celeste polo norte de la Tierra ecuador de la Tierra polo sur de la Tierra Esfera imaginaria centrada en la Tierra, con el polo norte en la misma dirección que el polo norte terrestre Los polos y el ecuador terrestre se proyectan en los polos y el ecuador de la esfera celeste Concepto útil para situar los astros en el cielo y visualizar sus movimientos Respecto a la Tierra, la esfera celeste gira una vez cada 24 horas (movimiento diurno)

6 Sistema de coordenadas horizontales (altacimutal) North Polo Norte Pole N ϕ φ The Horizon Horizonte S Munich Madrid φ = 40º 25 N ϕ=48 (latitud) 08

7 Sistema de coordenadas horizontales (altacimutal) North Polo Norte Pole N polo N celeste φ The Horizon Horizonte ϕ φ S Munich Madrid φ = 40º 25 N ϕ=48 (latitud) 08

8 Sistema de coordenadas horizontales (altacimutal) North Polo Norte Pole N polo N celeste φ The Horizon Horizonte ϕ φ S Munich Madrid φ = 40º 25 N ϕ=48 (latitud) 08

9 Sistema de coordenadas horizontales (altacimutal) polo N celeste

10 Sistema de coordenadas horizontales (altacimutal) polo N celeste

11 Sistema de coordenadas horizontales (altacimutal) polo N celeste Cenit Meridiano hemisferio visible N S hemisferio invisible Nadir El meridiano es el círculo (máximo) que pasa por el cenit, nadir, N y S

12 Sistema de coordenadas horizontales (altacimutal) polo N celeste meridian La altura del polo celeste es igual a la latitud E horizonte del observador N W A: acimut (ángulo desde el N en dirección E) h: altura (ángulo desde el horizonte, hacia el cenit) z: distancia cenital (ángulo desde el cenit al objeto; z = 90º h) h A S

13 Sistema de coordenadas horizontales (altacimutal) polo N celeste 90º φ Cenit meridian Meridiano La altura del polo celeste es igual a la latitud E estrella horizonte del observador N W A: acimut (ángulo desde el N en dirección E) h: altura (ángulo desde el horizonte, hacia el cenit) z: distancia cenital (ángulo desde el cenit al objeto; z = 90º h) Nadir h A S

14 Sistema de coordenadas horizontales (altacimutal) trayectoria aparente debida Cenit al movimiento diurno polo N celeste 90º φ meridian Meridiano La altura del polo celeste es igual a la latitud E estrella horizonte del observador N W A: acimut (ángulo desde el N en dirección E) h: altura (ángulo desde el horizonte, hacia el cenit) z: distancia cenital (ángulo desde el cenit al objeto; z = 90º h) Nadir h A S Debido a la rotación de la Tierra, las coordenadas horizontales cambian constantemente con el tiempo. Además dependen de la latitud del observador

15 Movimiento diurno de las estrellas Polo norte celeste norte este oeste horizonte sur Polo sur celeste Norte Sur Este

16 Movimiento diurno de las estrellas Polo norte celeste norte este oeste horizonte sur Polo sur celeste Norte Sur Este

17 Movimiento diurno de las estrellas simulación

18 Movimiento diurno de las estrellas simulación

19 Movimiento diurno de las estrellas Hemisferio Norte

20 Movimiento diurno de las estrellas Hemisferio Norte Hemisferio Sur E S W N

21 Movimiento diurno de las estrellas Hemisferio Norte estrellas circumpolares Hemisferio Sur E S W N

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23 Polo Norte

24 Sistema equivalente a la latitud-longitud terrestre, pero medido sobre la esfera celeste y moviéndose con la rotación de ésta ecuador celeste Coordenadas ecuatoriales Polo Norte celeste Pole δ Las coordenadas ecuatoriales son independientes de la posición del observador y no están afectadas por el movimiento o la rotación de la Tierra. Permanecen ~constantes para cada estrella α: ascensión recta (RA) (ángulo sobre el ecuador celeste desde un punto fijo hasta el círculo horario del objeto) En horas, minutos, segundos (24h = 360º) α círculo horario δ: declinación (Dec) (ángulo sobre el círculo horario medido desde el ecuador celeste) En grados De +90º a 90º

25 Movimiento aparente del Sol plano de la eclíptica El eje de rotación de la Tierra está inclinado 23.5º respecto a la perpendicular a su órbita el ecuador de la esfera celeste está inclinado 23.5º respecto al plano de la eclíptica primavera en el hemisferio norte otoño en el hemisferio sur invierno en el hemisferio norte verano en el hemisferio sur Origen de las estaciones verano en el hemisferio norte invierno en el hemisferio sur otoño en el hemisferio norte primavera en el hemisferio sur A lo largo del año el Sol se va moviendo a lo largo de la esfera celeste

26 Movimiento aparente del Sol plano de la eclíptica El eje de rotación de la Tierra está inclinado 23.5º respecto a la perpendicular a su órbita el ecuador de la esfera celeste está inclinado 23.5º respecto al plano de la eclíptica primavera en el hemisferio norte otoño en el hemisferio sur invierno en el hemisferio norte verano en el hemisferio sur Origen de las estaciones verano en el hemisferio norte invierno en el hemisferio sur otoño en el hemisferio norte primavera en el hemisferio sur A lo largo del año el Sol se va moviendo a lo largo de la esfera celeste

27 Movimiento aparente del Sol A lo largo del año el Sol se va moviendo a lo largo de la esfera celeste, recorriendo, de Oeste a Este, las constelaciones de la eclíptica (zodiaco) eclíptica ecuador celeste

28 Movimiento aparente del Sol A lo largo del año el Sol se va moviendo a lo largo de la esfera celeste, recorriendo, de Oeste a Este, las constelaciones de la eclíptica (zodiaco) eclíptica ecuador celeste

29 Movimiento aparente del Sol

30 Movimiento aparente del Sol A lo largo del año el Sol se va moviendo a lo largo de la esfera celeste, recorriendo, de Oeste a Este, las constelaciones de la eclíptica (zodiaco) eclíptica ecuador celeste

31 Movimiento aparente del Sol A lo largo del año el Sol se va moviendo a lo largo de la esfera celeste, recorriendo, de Oeste a Este, las constelaciones de la eclíptica (zodiaco) eclíptica ecuador celeste

32 Movimiento aparente del Sol A lo largo del año el Sol se va moviendo a lo largo de la esfera celeste, recorriendo, de Oeste a Este, las constelaciones de la eclíptica (zodiaco) eclíptica ecuador celeste Revisad vuestro signo del zodiaco

33 Movimiento aparente del Sol A lo largo del año el Sol se va moviendo a lo largo de la esfera celeste, recorriendo, de Oeste a Este, las constelaciones de la eclíptica (zodiaco) eclíptica ecuador celeste Capricornio Acuario Piscis Aries 19 ene - 15 feb 16 feb - 11 mar 12 mar - 18 abr 19 abr - 13 may Tauro Géminis Cáncer Leo 14 may - 19 jun 20 jun - 20 jul 21 jul - 9 ago 10 ago - 15 sep Virgo Libra Escorpio Ofiuco Sagitario 16 sep - 30 oct 31 oct - 22 nov 23 nov - 29 nov 30 nov - 17 dic 18 dic - 18 ene

34 El Sol sobre la esfera celeste Polo norte celeste Equinoccio de otoño 21 de sept Eclíptica Solsticio de verano 21 de jun Movimiento anual del Sol 21 de dic Solsticio de invierno Ecuador celeste Polo sur celeste 21 de mar Equinoccio de primavera (equinoccio vernal) Primer punto de Aries (γ) Las intersecciones de la eclíptica y el ecuador celeste marcan los equinoccios y los solsticios

35 El Sol sobre la esfera celeste Polo norte celeste Equinoccio de otoño 21 de sept Eclíptica Solsticio de verano 21 de jun Movimiento anual del Sol 21 de dic Solsticio de invierno Ecuador celeste Polo sur celeste 21 de mar Equinoccio de primavera (equinoccio vernal) Primer punto de Aries (γ) Las intersecciones de la eclíptica y el ecuador celeste marcan los equinoccios y los solsticios

36 Coordenadas ecuatoriales El punto Aries es el punto fijo del ecuador celeste desde el que se mide la ascensión recta polo norte celeste δ δ = 23 27' ecliptic eclíptica α celestial ecuador equator celeste

37 Coordenadas ecuatoriales El punto Aries es el punto fijo del ecuador celeste desde el que se mide la ascensión recta polo norte celeste δ δ = 23 27' ecliptic eclíptica α celestial ecuador equator celeste

38 Coordenadas ecuatoriales Desde el punto de vista del observador el punto Aries gira con la esfera celeste

39 e N polo norte Pole celeste ϕ Coordenadas ecuatoriales Desde el punto de vista del observador el punto Aries gira con la esfera celeste simulación latitud geográfica El ángulo horario de la estrella será: t = Θ α t, Θ y α se miden en h, m y s Zenith Cenit t E celestial equator ecuador celeste W α δ Θ Aries t Para determinar la posición local de una estrella se usa el ángulo horario t (medido sobre el ecuador desde el meridiano S). Va aumentando con el tiempo durante la noche S α: ascensión recta (no varía) Se define el tiempo sidereo local Θ como el ángulo horario del punto Aries El tiempo sidereo se puede medir a partir de ángulo horario de una estrella con R.A. conocida

40 Tiempo solar y tiempo sidereo dirección de la rotación de la Tierra Diferentes maneras de medir el tiempo: 1) rotación de la Tierra o 2) movimiento alrededor del Sol hacia el Sol Sol hacia una estrella Tierra 1 día solar 1 día sidereo (no a escala) estrella distante 1) día sidereo: tiempo entre dos culminaciones sucesivas del punto Aries (tiempo para que las estrellas estén en la misma posición) 2) día solar (medio): tiempo entre dos pasos sucesivos del Sol por el meridiano (24h) Tierra Un día después Sol a una estrella a una estrella Debido al movimiento de la Tierra en su órbita, para que transcurra un día solar la Tierra debe rotar ~361º (365 días/360º) un día sidereo (360º) es más corto (por 3m 57s = 24h/365) que un día solar 24h tiempo solar = 24h 3m 57s de tiempo sidereo (el reloj sidereo avanza más rápido) El número de días sidereos en un año es 1 más (366) que de días solares (365) Las estrellas salen cada noche casi 4 minutos antes A lo largo del año diferentes regiones del cielo nocturno son visibles.

41 N Movimiento diurno de las estrellas Pole polo norte celeste latitud geográfica tude: ϕ) ϕ Las estrellas alcanzan una altura máxima (en el meridiano) de: r stars: h max = 90º ϕ δ y una altura mínima de: h min = 90º + ϕ + δ Zenith Cenit t E celestial equator ecuador celeste W δ RA hmax = δ + 90 Aries t 90º φ S Invisible Si hmin > 0 las estrellas son circumpolares Si hmax < 0 las estrellas nunca son visibles Desde Madrid, el 88% del cielo es visible Desde una latitud φ horizonte

42 N Movimiento diurno de las estrellas Pole polo norte celeste latitud geográfica tude: ϕ) ϕ Las estrellas alcanzan una altura máxima (en el meridiano) de: r stars: h max = 90º ϕ δ y una altura mínima de: h min = 90º + ϕ + δ Zenith Cenit t E celestial equator ecuador celeste W δ RA hmax = δ + 90 Aries t 90º φ S Invisible Si hmin > 0 las estrellas son circumpolares Si hmax < 0 las estrellas nunca son visibles Desde Madrid, el 88% del cielo es visible Desde una latitud φ horizonte

43 Movimiento diurno de las estrellas h =δ polo norte celeste = Cenit min Pole Desde el polo norte φ = 90º S E horizonte S ecuador celeste W celestial equator = horizon h max = h min = δ not visible urse ) Las estrellas se mueven manteniendo una altura constante de: WS09/10 Todas las estrellas visibles son circumpolares Las estrellas con declinaciones negativas nunca son visibles Sólo el 50% del cielo es visible

44 Movimiento diurno de las estrellas h =δ polo norte celeste = Cenit min Pole Desde el polo norte φ = 90º S E δ horizonte S ecuador celeste W celestial equator = horizon h max = h min = δ not visible urse ) Las estrellas se mueven manteniendo una altura constante de: δ < 0 WS09/10 Todas las estrellas visibles son circumpolares Las estrellas con declinaciones negativas nunca son visibles Sólo el 50% del cielo es visible

45 Movimiento diurno de las estrellas polo norte celeste al N max Zenith Cenit h δ > min = δ 0 90 δ < 0 δ E Desde el ecuador φ = 0º horizonte S Las estrellas alcanzan una altura máxima de: h max = 90º δ y una altura mínima de: h min = δ 90º ecuador celeste W No hay estrellas circumpolares Todas las estrellas son visibles El 100% del cielo es visible

46 Movimiento diurno de las estrellas polo norte celeste al N max Zenith Cenit h δ > min = δ 0 90 δ < 0 δ E Desde el ecuador φ = 0º horizonte S Las estrellas alcanzan una altura máxima de: h max = 90º δ y una altura mínima de: h min = δ 90º ecuador celeste W No hay estrellas circumpolares Todas las estrellas son visibles El 100% del cielo es visible

47 Movimiento diurno de las estrellas φ desde una latitud media Dependencia de la posición del observador φ = 90º desde el polo desde el ecuador φ = 0º

48 Movimiento diurno de las estrellas φ desde una latitud media Dependencia de la posición del observador φ = 90º desde el polo desde el ecuador φ = 0º

49 Movimiento diurno de las estrellas

50 Movimiento diurno de las estrellas Visibilidad del Sol en el equinoccio de otoño

51 Movimiento diurno de las estrellas Visibilidad del Sol en el equinoccio de otoño Visibilidad de Vega el 1-octubre-2014

52 Movimiento diurno de las estrellas Visibilidad del Sol en el equinoccio de otoño Visibilidad de Vega el 1-octubre-2014 Visibilidad de Sirio el 1-diciembre-2014

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57 Movimiento aparente del Sol Cenit 23.5º Polo norte celeste 90º φ Polo norte de la eclíptica E N S W Horizonte Ecuador celeste Eclíptica

58 Movimiento aparente del Sol Cenit Polo norte celeste 23.5º Equinoccio de primavera y de otoño Polo norte de la eclíptica E 90º φ α = 0h ó 12h δ = 0º N S W Horizonte Ecuador celeste El Sol se mueve en el ecuador celeste Sale por el E y se pone por el W Duración del día = noche Eclíptica Altura máxima del Sol: h max = 90º ϕ El Sol pasa por el cenit en el ecuador (50º en Madrid)

59 Movimiento aparente del Sol Cenit Polo norte celeste 23.5º Equinoccio de primavera y de otoño E 90º φ α = 0h ó 12h δ = 0º N S W Horizonte Ecuador celeste El Sol se mueve en el ecuador celeste Sale por el E y se pone por el W Duración del día = noche Eclíptica Altura máxima del Sol: h max = 90º ϕ El Sol pasa por el cenit en el ecuador (50º en Madrid)

60 Movimiento aparente del Sol Cenit Polo norte celeste 23.5º Equinoccio de primavera y de otoño E 90º φ α = 0h ó 12h δ = 0º N S W Horizonte Ecuador celeste El Sol se mueve en el ecuador celeste Sale por el E y se pone por el W Duración del día = noche Eclíptica Altura máxima del Sol: h max = 90º ϕ El Sol pasa por el cenit en el ecuador (50º en Madrid)

61 Movimiento aparente del Sol Cenit Polo norte celeste 23.5º Equinoccio de primavera y de otoño E 90º φ α = 0h ó 12h δ = 0º N S W Horizonte Ecuador celeste El Sol se mueve en el ecuador celeste Sale por el E y se pone por el W Duración del día = noche Eclíptica Altura máxima del Sol: h max = 90º ϕ El Sol pasa por el cenit en el ecuador (50º en Madrid)

62 Movimiento aparente del Sol Cenit Polo norte celeste 23.5º Solsticio de verano Polo norte de la eclíptica E 90º φ α = 6h δ = 23.5º N S W Horizonte Ecuador celeste El Sol sale por el NE y se pone por el NW Duración del día > noche Eclíptica Si φ > 66.5º (círculo polar) el Sol no se pone El Sol pasa por el cenit en el trópico de Cáncer Altura máxima del Sol: h max = 90º ϕ 23.5 (73.5º en Madrid)

63 Movimiento aparente del Sol Cenit Polo norte celeste 23.5º Solsticio de verano E 90º φ α = 6h δ = 23.5º N S W Horizonte Ecuador celeste El Sol sale por el NE y se pone por el NW Duración del día > noche Eclíptica Si φ > 66.5º (círculo polar) el Sol no se pone El Sol pasa por el cenit en el trópico de Cáncer Altura máxima del Sol: h max = 90º ϕ 23.5 (73.5º en Madrid)

64 Movimiento aparente del Sol Cenit Polo norte celeste 23.5º Solsticio de verano E 90º φ α = 6h δ = 23.5º N S W Horizonte Ecuador celeste El Sol sale por el NE y se pone por el NW Duración del día > noche Eclíptica Si φ > 66.5º (círculo polar) el Sol no se pone El Sol pasa por el cenit en el trópico de Cáncer Altura máxima del Sol: h max = 90º ϕ 23.5 (73.5º en Madrid)

65 Movimiento aparente del Sol Cenit Polo norte celeste 23.5º Solsticio de invierno Polo norte de la eclíptica E 90º φ α = 18h δ = 23.5º N S W Horizonte Ecuador celeste El Sol sale por el SE y se pone por el SW Eclíptica Altura máxima del Sol: Duración del día < noche Si φ > 66.5º (círculo polar) el Sol no sale h max = 90º ϕ El Sol pasa por el cenit en el trópico de Capricornio (26.5º en Madrid)

66 Movimiento aparente del Sol Cenit Polo norte celeste 23.5º Solsticio de invierno E 90º φ α = 18h δ = 23.5º N S W Horizonte Ecuador celeste El Sol sale por el SE y se pone por el SW Eclíptica Altura máxima del Sol: Duración del día < noche Si φ > 66.5º (círculo polar) el Sol no sale h max = 90º ϕ El Sol pasa por el cenit en el trópico de Capricornio (26.5º en Madrid)

67 Movimiento aparente del Sol Cenit Polo norte celeste 23.5º Solsticio de invierno E 90º φ α = 18h δ = 23.5º N S W Horizonte Ecuador celeste El Sol sale por el SE y se pone por el SW Eclíptica Altura máxima del Sol: Duración del día < noche Si φ > 66.5º (círculo polar) el Sol no sale h max = 90º ϕ El Sol pasa por el cenit en el trópico de Capricornio (26.5º en Madrid)

68 Movimiento aparente del Sol

69 Movimiento aparente del Sol N solsticio de verano E W equinocio solsticio de invierno S

70 Movimiento aparente del Sol Ascención recta (h) Solsticio de verano Declinación (º) Equinocio de otoño Equinocio de primavera Solsticio de invierno Solsticio de invierno Fechas aproximadas En los polos: En el ecuador:

71 Precesión cambio de dirección del eje de rotación atracción del Sol eje de rotación atracción de la Luna El efecto combinado de la atracción gravitatoria del Sol y la Luna sobre una Tierra algo achatada en rotación produce que el eje de rotación de la Tierra tenga un movimiento de precesión Periodo de años

72 Precesión cambio de dirección del eje de rotación atracción del Sol 1: el polo N celeste gira sobre el cielo describiendo un círculo de 23.5º de radio angular eje de rotación atracción de la Luna El efecto combinado de la atracción gravitatoria del Sol y la Luna sobre una Tierra algo achatada en rotación produce que el eje de rotación de la Tierra tenga un movimiento de precesión Periodo de años

73 Precesión cambio de dirección del eje de rotación atracción del Sol 1: el polo N celeste gira sobre el cielo describiendo un círculo de 23.5º de radio angular eje de rotación atracción de la Luna El efecto combinado de la atracción gravitatoria del Sol y la Luna sobre una Tierra algo achatada en rotación produce que el eje de rotación de la Tierra tenga un movimiento de precesión Periodo de años 2: el punto que marca el equinocio vernal se mueve en el cielo a razón de /año sobre la eclíptica se mueve el origen del sistema de coordenadas ecuatoriales. Hay que especificar la época de las coordenadas (ej. J2000)

74 Sistema de coordenadas galácticas Sistema de coordenadas centrado en el Sol, con un ecuador coincidente con el plano de la Galaxia Longitud galáctica l: medida sobre el ecuador galáctico, con origen en la dirección del centro galáctico (α = 17h 45.7m, δ = 29º). De 0 a 360º Latitud galáctica b: altura sobre el plano galáctico. De 90 a 90º polo norte celeste polo norte galáctico b plano galáctico l ecuador celeste centro de la Galaxia

75 Sistema de coordenadas galácticas

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77 Los planetas en la esfera celeste Marte Saturno Todos los planetas se mueven en la eclíptica, con pequeñas desviaciones que dependen de las inclinaciones de sus órbitas Venus Mercurio

78 Referencias y enlaces Textos: Textbook on Spherical Astronomy, por W. M. Smart, Cambridge University Press Astronomy: Principles and Practice, por A.E. Roy & D. Clarke, Institute of Physics Publishing Simuladores: Muchos más en: Visibilidad de un objeto: Videos: Más en : Más en Timelapses:

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