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11/18/2007
S. Giovanni in Persiceto
25 maggio 2007
La luce in astronomia e cosmologia
Bedogni Roberto http://naomi.bo.astro.it/bedogni
email: roberto.bedogni@bo.astro.it
1
Esploriamo l’Universo
Esplorare l’universo significa studiare la distribuzione, nello spazio e nel
tempo, dei corpi celesti che lo compongono
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Luce ed informazione
L’informazione astronomica proviene dalla luce emessa dai corpi celesti (stelle e
galassie) che raggiunge, ad esempio, lo specchio dei telescopi e viene da essi
elaborata.
Due sono i campi di indagine prevalenti per l’astronomia nella banda del visibile:
•dallo studio dell’intensità luminosa della luce L (fotometria) in funzione della
distanza d
•dallo studio delle componenti alle varie lunghezze d’onda λ (spettroscopia)
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La velocità della luce è costante ?
Il valore di c è circa 30 centimetri per nanosecondo, precisamente
c = 299 792 458 metri per secondo
Dal 1983, si è scelto questo valore come esatto per tarare altre costanti, tra
cui il metro.
Tutti gli osservatori misurano la velocità della luce come uguale !
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Luce – Astronomia -Informazione
Tutto ciò che osserviamo nel cielo notturno è la “luce” emessa o
riflessa dai corpi celesti che ci raggiunge
L’astronomia è una disciplina “osservativa” non è, come la fisica,
“sperimentale”
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La velocità della luce
La luce ha una straordinaria caratteristica la sua velocità è costante ed
indipendente dall’osservatore.
Questo vuol dire che un astronomo misura la velocità della luce in 300.000
km al secondo sia che si trovi sulla Terra sia che, ipoteticamente, si trovasse
in un qualsiasi altro punto nell’Universo.
Ma non solo la sua velocità e costante ma è anche la massima
raggiungibile per un qualsiasi fenomeno fisico ed astronomico.
Non esistono corpi sia fisici che celesti la cui velocità supera quella
della luce!
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La velocità della luce -il principio di relatività ristretta La luce ha una straordinaria caratteristica la sua velocità è costante ed indipendente dall’osservatore. Questo vuol dire che un astronomo misura la velocità della luce in 299792,458 km al secondo sia che si trovi sulla Terra sia che si trovi in un qualsiasi altro punto nell’Universo. 7
La velocità della luce
Ma non solo la sua velocità e costante ma è anche la
massima raggiungibile per un qualsiasi fenomeno fisico ed
astronomico.
Non esistono corpi sia fisici che celesti la cui velocità
supera quella della luce!
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La luce
Tutto ciò che osserviamo nel cielo notturno è la “luce”
emessa o riflessa dai corpi celesti che ci raggiunge
Possiamo quindi misurare :
1. L’intensità luminosa della sorgente (fotometria)
2. Le singole componenti luminose (alle diverse lunghezze
di onda-spettroscopia)
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L’intensità luminosa
Attenuazione della luce al variare della distanza
• La luminosità di un sorgente luminosa (ad esempio una lampadina ma
anche una stella) diminuisce all’aumentare della distanza I~1/d2
• raddoppiando la distanza • decuplicando la distanza
diminuisce di 4 volte diminuisce di 100 volte
10Lo spettro elettromagnetico
11Lo spettro elettromagnetico
12Lo spettro visibile
Lo spettro visibile è quella parte dello spettro elettromagnetico che
cade tra il rosso e il violetto includendo tutti i colori percepibili
dall'occhio umano.
La lunghezza d'onda della luce visibile λ va indicativamente da
400nm a 700nm (nm=1 nanometro=10 -9 m).
La massima sensibilità dell'occhio la si ha attorno ai 555nm, dove si
trova il colore verde.
Velocità della luce c [L/T], lunghezza di onda λ [L] e frequenza ν [1/T]
c=λν
13Spettro elettromagnetico ed assorbimento
dell’atmosfera terrestre
Velocità della luce c [L/T], lunghezza di onda λ [L] e frequenza ν [1/T]
c=λν
14Le molte facce
di M81
Visibile
Ultravioletto
Raggi
Lontano X
Radio
infrarosso
15La luminosità apparente delle stelle
(magnitudine visuale mv)
• Già nell’antichità Ipparco
definì le più brillanti di 1ª
grandezza e quelle
appena percepibili ad
occhio nudo di 6ª
grandezza.
• Una stella di 1ª grandezza
è 2,5 volte più brillante di
una di 2ª grandezza
• Una stella di 1ª grandezza
è 6,3 volte più brillante di
una di 3ª grandezza
• …………………..
• Una stella di 1ª grandezza
è 100 volte più brillante di
una di 6ª grandezza
16La relazione di Pogson tra flusso osservato e
magnitudine apparente
F1=flusso della stella 1 di magnitudine apparente m1
F2=flusso della stella 2 di magnitudine apparente m2
m2 – m1=2,5 log10(F2/F1)
F2-F1=10 (m2-m1)/2,5
17Scala delle magnitudini apparenti
Mag. app. Oggetto celeste
-26,8 Sole
-12,6 Luna piena
-4,4 Luminosità di Venere al suo massimo
-2,8 Luminosità di Marte al suo massimo
-1,5 Sirio, la stella più luminosa
Canopo, la seconda stella più
-0,7
luminosa
Le stelle più deboli osservabili ad
+6,0
occhio nudo
+12,6 Il quasar più luminoso
+30 Gli oggetti più deboli osservabili col Telescopio
Spaziale Hubble
18La velocità della luce -il principio di relatività ristretta La luce ha una straordinaria caratteristica la sua velocità è costante ed indipendente dall’osservatore. Questo vuol dire che un astronomo misura la velocità della luce in 299792,458 km al secondo sia che si trovi sulla Terra sia che si trovi in un qualsiasi altro punto nell’Universo. 19
La velocità della luce
Ma non solo la sua velocità e costante ma è anche la
massima raggiungibile per un qualsiasi fenomeno fisico ed
astronomico.
Non esistono corpi sia fisici che celesti la cui velocità
supera quella della luce!
20Red-shift cosmologico ed effetto Doppler
λ 0 = lunghezza d’onda “a riposo”
λ e = lunghezza d’onda osservata
Lo spostamento verso il rosso è interpretato come “effetto Doppler” :
Z = ∆ λ / λ 0 = (λ e − λ0 ) / λ 0
proporzionale alla distanza della galassia
Vr = c ·Z = H0 ·d
Le Galassie si allontanano dall’osservatore con una velocità che aumenta
all’aumentare della distanza 21Il Principio Cosmologico e la Radiazione
Cosmica di Fondo
L’ammasso di
galassie di Coma
Esiste però un indicatore della omogeneità ed isotropia a “grande
scala” la Radiazione Cosmica di Fondo !
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23La presentazione è terminata
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