Iniciação à Astronomia (Inape)

Iniciação à Astronomia

Instituto de Astronomia e Pesquisas Espaciais Araçatuba-SP 2012

Iniciação à Astronomia / Compilado e editado por Gustavo José Moretti – 1ª Ed. 28 p. 21 x 14,8 cm.

Textos: Leocádio Benez Neto Compilação e Edição: Gustavo José Moretti Arte - logotipo INAPE: Luiz Fernando Bejas

© 2012 Instituto de Astronomia e Pesquisas Espaciais (INAPE)

Instituto de Astronomia e Pesquisas Espaciais (INAPE) Rua Silva Jardim, 798 – Vila São Paulo – Araçatuba – SP E-Mail: inape@inape.org.br www.inape.org.br

1. Introdução

1. Introdução Desde os tempos mais remotos, o homem sempre foi fascinado pelo desconhecido. O Sol, a Lua, as estrelas e demais corpos celestes aguçaram a nossa curiosidade e imaginação durante séculos. A Astronomia (que significa “Lei das Estrelas”) teve sua origem na Astrologia, que é praticada desde os tempos mais remotos. Ao contrário da Astrologia, que é considerada uma pseudo-ciência, a Astronomia é uma ciência que estuda todos os objetos celestes e suas propriedades e esta diretamente ligada a diversas outras disciplinas, tais como a física, química, matemática e biologia.

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Este E-Book tem como objetivo ajudá-lo a dar os seus primeiros passos na Astronomia. Ele possui muitas indicações importantes para quem quer iniciarse nesta área cientifica, de forma amadora ou mesmo profissional.

Toda a equipe do INAPE - Instituto de Astronomia e Pesquisas Espaciais coloca-se a disposição para o esclarecimento de dúvidas, através dos canais citados no último capítulo deste livro.

“Diante da vastidão do tempo e da imensidão do universo, é um imenso prazer para mim dividir um planeta e uma época com você.”

Carl Sagan, astronomo americano (1934-1996)

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2. Sistemas de coordenadas

2. Sistemas de coordenadas Qualquer astrônomo amador, com um pouco de experiência, consegue reconhecer as principais estrelas pelo seu brilho e posição que ocupa no céu.

Porém este método empírico funciona muito bem apenas no caso das estrelas mais brilhantes.

Como localizar então, os objetos de fraca luminosodade ou mesmo aqueles invisíveis à vista desarmada?

Para resolver este problema, e indicar a posição exata de um objeto no céu, os astrônomos criaram vários sistemas de coordenadas celestes. Todos estes sistemas consideram o céu como uma grande esfera, com suas estrelas vistas do lado interno, sendo que o observador está localizado no centro da

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esfera e vê a esfera celeste aparentemente girar pelo efeito da rotação da Terra.

Dos vários métodos de localização dos objetos celestes, dois deles serão suficientes para o amador realizar suas pesquisas, interpretar os principais atlas, posicionar um telescópio e operar um software de astronomia. Todos estes métodos tem uma grande semelhança com o sistema de Longitude e Latitude terrestre e não representam nenhuma grande dificuldade para o entendimento básico.

Todos os Conceitos e imagens utilizados aqui estão adaptados para o hemisfério Sul.

IMPORTANTE: A bússola é composta por uma agulha magnética na horizontal suspensa pelo centro de gravidade, e aponta sempre para o eixo nortesul, seguindo a direção do norte magnético da Terra.

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Muitos ficam inicialmente confusos quando começam a estudar os Sistemas de Coodenadas, visto que esses exigem um certo esforço, capacidade de interpretação espaço-temporal, e requer algum tempo até que fiquemos familiarizados com os conceitos, porém toda a prática da astronomia amadora e a correta utilização de telescópios com montagens equatoriais depende destes conhecimentos, portanto vale a pena o esforço para compreender estes sistemas.

Relembrando, o sistema de coordenadas terrestres de longitude e latitude funciona da seguinte maneira: O equador é o círculo principal, que divide a Terra em hemisférios Norte e Sul. Os círculos secundários que partem de um pólo cruzam o equador e atingem o outro pólo, são chamados de meridianos.

O meridiano de referência passa através de Greenwich, Inglaterra e cruza o equador determinando o ponto de origem (0º de longitude).

A longitude de um local é a distância angular mais curta ao longo do equador a partir do meridiano de referência até o meridiano que passa por esse local.

Ela é medida em graus,minutos,segundos (00º00'00''), e pode variar na faixa de 0º a 180º na direção Leste ou de 0º a 180º na direção Oeste.

A latitude de um local é a distância angular a partir do equador até a linha paralela ao equador que passa por esse local. Ela é medida em graus,minutos,segundos (00º00'00''), e pode variar na faixa de 0º a 90º Norte ou de 0º a 90º Sul. Araçatuba-SP, onde fica a sede do INAPE, possui as seguintes coordenadas: 21º12'32'' S (Sul) e 50º25'58'' O (Oeste),Veja figura abaixo:

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2.1 Sistema Horizontal ou Altazimutal O mais básico dos sistemas de coordenadas. Utiliza uma referência fixa na Terra, baseado no horizonte terrestre e no ponto cardeal Norte. A localização de um objeto celeste é dada pela Altura em graus à partir do horizonte, podendo variar de 0º até 90º, e pelo Azimute que é a distância angular ao longo do horizonte, à partir da direção Norte, medido no sentido Leste, sendo que pode variar de 0º até 360º. Pelo fato de utilizar referências terrestres as coordenadas dos objetos irão variar a cada momento e serão válidas para um determinado local e horário.

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2.2 Sistema Equatorial Celeste Este é o sistema de coordenadas mais usado pelos astrônomos amadores.

Diferente do Sistema Altazimutal, onde o azimute e a altitude de cada estrela estão constantemente mudando com o tempo, o Sistema Equatorial tem como referência primordial um ponto na esfera celeste e não na Terra, assim obtêm-se cordenadas fixas e válidas para qualquer ponto na Terra. O ponto de origem é definido pela interceptação do equador celeste com a eclíptica (a trajetória anual aparente do Sol no céu) e é também conhecido por ponto Gama, ponto Vernal ou primeiro ponto de Áries. O ponto Gama, embora não seja visível, visto que não existe qualquer estrela marcando a sua posição, tem sua localização perfeitamente definida, no ponto de passagem do Sol na travessia do sul para o norte sobre o equador celeste, sinalizando o Equinócio de Outono (dia e noite de igual duração), o qual ocorre em 21 de março. O meridiano celeste definido por esta passagem, à semelhança do meridiano de Greenwich aqui na Terra, é tomado como meridiano de origem. A posição de um corpo celeste é especificada por sua declinação: DEC, e sua ascenção reta: RA.

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DECLINAÇÃO: A declinação, análoga à latitude terrestre, é a distância angular, medida em graus, minutos e segundos de arco, a partir do equador celeste até o objeto celeste podendo variar de +90º até -90º. As posições entre o equador celeste e o polo celeste Norte tem declinação positiva e aquelas entre o equador celeste e o polo celeste Sul tem declinação negativa.

ASCENÇÃO RETA: A ascenção reta é análoga à longitude terrestre, é a distância angular medida em horas, minutos e segundos de arco, ou hms disposta ao longo do equador celeste podendo variar de 0h0m0s até 23h59m59s, sendo que o ponto 0h0m0s corresponde ao ponto Gama.

A figura abaixo ilustra o sistema de cooredenadas. A linha amarela é a eclíptica ou o caminho aparente do Sol no Céu e coincide com o plano do Sistema Solar. A linha verde é o Equador Celeste e é a projeção do equador da Terra no Céu. Estes dois grandes círculos estão inclinados com um ângulo de 23º26'5" entre si, de modo que eles se interceptam somente em dois pontos: os equinócios (dia e noite de igual duração) que ocorrem em 21 de Março (Equinócio de Outono) e em 23 de Setembro (Equinócio da Primavera).

O ponto Gama refere-se ao Equinócio de Outono. No ponto médio entre os Equinócios ocorrem os Soltícios (ponto de maior declinação do Sol), que ocorrem em 22 de Dezembro (Soltício de Verão), que marca o dia mais longo do ano, e em 22 de Junho (Soltício de de Inverno), que marca o dia mais curto do ano.

IMPORTANTE: - Todas as estrelas nascem no leste e se põe no oeste.

- As estrelas estão lá durante o dia mas nós não podemos vê-las por causa da luz do sol dispersa na atmosfera.

- As estrelas mudam de posição com a mudança de latitude. (Longitude é irrelevante). As pessoas à mesma latitude vêem as mesmas estrelas não importa em que país elas estão.

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Para complementar o entendimento do sistema de coordenadas e iniciar uma exploração mais profunda do céu, recomendamos o estudo do Atlas Celeste do INAPE. Clique no link abaixo para fazer o download: http://www.inape.org.br/astronomia-astrofisica/atlas-celeste-inape

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3. Sistema de Magnitudes

3. Sistema de Magnitudes Na Astronomia o brilho de qualquer corpo celeste é medido pelo sistema de magnitude. Esse método foi desenvolvido pelos gregos, que inicialmente desenvolveram uma escala que ia de 1ª magnitude (mais brilhante) a 6ª magnitude (menos brilhante). Note que o valor da magnitude é inverso ao brilho do corpo celeste. Atualmente com as modernas técnicas de fotometria essa escala foi extendida em ambas as direções. A luz do Sol atinge -27 e a dos objetos mais fracos conhecidos +24.

A estrela Sírius, a mais brilhante do nosso céu, tem magnitude -1.5, sendo que o limite para visualização a olho nú é +6, em condições ideais de visibilidade

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3.1 Como determinar a Magnitude?

E muito útil conhecer a magnitude das principais estrelas, o que ajuda a comparação e estimativa da magnitude de outros corpos celestes. Também ajuda a avaliar as condições do céu, se tem boa visibilidade para as estrelas mais fracas ou apenas as magnitudes +3 ou +4 são visíveis.

Uma maneira fácil de analisar as condições do céu é pela análise de uma constelação. Aqui no hemisfério sul a Crux (Cruzeiro do Sul) , que possui estrelas em uma faixa de magnitude de +0.8 até +6.5, é um bom ponto de partida.

Veja na figura abaixo as principais estrelas do Cruzeiro do Sul e suas respectivas magnitudes.

Pela análise das estrelas visíveis, e conhecendo suas magnitudes, é possível estimar as condições de visibilidade do céu.

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Você deve estar se perguntando: "Ótimo, já entendi os sistemas de coordenadas e magnitude, hoje o céu está limpo, mas qual o equipamento de observação que devo utilizar?"

Esta é uma resposta muito simples... Você já os tem – são seus olhos. Nada de binóculos ou telescópios nas primeiras sessões, pois estes representam um salto muito significativo relativamente às observações a olho nu. De que adiantaria ir todo equipado para uma observação, se não sabe para onde apontar o equipamento? Seria uma perda de tempo utilizar estes equipamentos sem ainda conhecer minimamente o céu.

Então, só com os livros de referência, as observações a olho nu devem incidir nos seguintes aspectos:  Localizar as principais constelações do céu e identificar as estrelas mais brilhantes, associando-as aos seus nomes correspondentes.  Reconhecer as cores das estrelas mais brilhantes.  Distinguir os planetas das estrelas.  Localizar no céu a eclíptica.  Determinar aproximadamente o radiante das chuvas de meteoros (O radiante de uma chuva de meteoros é um ponto no céu de onde, para um observador num planeta, os meteoros parecem originar).  Acompanhar as sucessivas posições dos planetas mais brilhantes, relativamente às constelações: Vénus, Marte, Júpiter e Saturno.  Observar da Via Láctea.  Medir as distâncias angulares entre estrelas, ou entre estrelas e planetas.  Observar, quando possível, cometas como o Lulin.

Sugestões úteis:  

Qualquer tipo de observação astronômica deve ser feita no local mais escuro possível; O olho humano demora cerca de 15 a 20 minutos para habituar-se ao escuro. Sendo assim, deve-se esperar mais ou menos este tempo antes de iniciar qualquer observação.

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

Evite usar lanternas ou qualquer outro tipo de iluminação de luz branca. Se usar lanternas (para iluminar os mapas), cubra a saída de luz com papel celofane vermelho (se possível), pois a luz vermelha não afeta tanto a observação, permitindo que a pupila humana se mantenha com o máximo de abertura. Se possível adquira uma lanterna com filtro vermelho.

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4. Binóculos

4. Binóculos Nunca é demais lembrar a grande ajuda que um binóculo representa para uma vista desarmada.

São de fácil utilização e nos dão também a aparente sensação de tridimensionalidade (alargada pelo uso de dois olhos ao mesmo tempo). Ao contrário dos telescópios manuais, o utilizador consegue facilmente localizar e seguir as estrelas devido ao seu amplo campo de visão. Outra vantagem é o preço, bastante inferior ao de um telescópio.

Antes de Comprar...

Se você está pensando em adquirir um binóculo:

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• •

Experimente sempre vários binóculos antes de fazer a compra final; Veja se, ao apontar para uma fonte luminosa, aparecem auréolas coloridas nas bordas - normalmente é quase impossível eliminar este problema de aberração cromática – escolha um modelo em que este problema ocorre de forma menos acentuada; • Veja se há distorção de imagem nas bordas; • Veja a nitidez de imagem e os contrastes; • Opte, sempre que possível, por binóculos com prismas de Porro; Quando os binóculos passam das 8 ou 10 ampliações geralmente são pesados, por isso, considere a possibilidade de comprar também um tripé (com seu respectivo adaptador) para evitar o cansaço.

IMPORTANTE: - As estrelas nunca se movem em relação a outra. Elas sempre estão separadas a mesma distância (em graus) e nos mesmos padrões.

- O sol, planetas (e suas luas), cometas e asteróides se movem entre si, alterando suas posições com relação às estrelas.

- Cada estrela sempre nasce e se põe na mesma posição no horizonte quando vista do mesmo ponto na terra.

Observações que podem ser feitas com o auxilio de binóculos:         

Reconhecer os principais "mares" na Lua; Observar as maiores crateras lunares; Acompanhar o movimento de translação dos satélites de Júpiter; Reconhecer as cores das principais estrelas.; Observar algumas estrelas duplas; Observar enxames de estrelas (abertos); Explorar a Via Láctea; Observar campos de estrelas no plano da Via Láctea; Explorar o céu (num céu verdadeiramente escuro e límpido, um observador atento poderá observar diversos enxames globulares de estrelas, algumas galáxias e diversas nebulosas).

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5. Telescópios

5. Telescópios Muitas pessoas que visitam observatórios astronômicos ficam curiosas para saber qual o aumento proporcionado por um telescópio profissional. Em geral, surpreendem-se bastante com a resposta. Como é possível então que na propaganda de pequenos instrumentos para amadores sejam anunciados aumentos equivalentes ou mesmo superiores? A principal característica de

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superioridade dos telescópios é o poder de resolução, o qual é diretamente proporcional ao diâmetro da objetiva e determina a capacidade do telescópio em isolar e tornar acessível detalhes muito sutis. Portanto o aumento é o fator de menor importância na avaliação da qualidade de um telescópio. Não acredite em telescópios onde o aumento é colocado como principal característica.

Resumindo: a capacidade de um telescópio é traduzida pelo diâmetro da sua objetiva (abertura), e não pelo comprimento do seu tubo ou pelo valor de ampliação. A solução mais vantajosa, do ponto de vista da relação possibilidades de observação x preço x qualidade, baseia-se num telescópio do tipo Newton de 10 a 15 cm de abertura.

Embora capte geralmente mais luz que um binóculo, e permita ampliações muito maiores, um telescópio é mais difícil de apontar para o alvo desejado, por ter evidentemente um campo visual muito mais estreito. Deve ser utilizado por quem já tenha experiência na observação a olho nu e com o binóculo.

Observações que podem ser feitas com o auxilio de telescópios: •

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Observação dos "mares" e crateras na superfície da Lua, incluindo a correspondente identificação (com o auxílio de um mapa da Lua, obviamente); Observação de ocultações de estrelas e planetas por parte da Lua; Observação das fases de Vénus e Mercúrio; Observação de Júpiter; Acompanhar o movimento de translação dos satélites de Júpiter; Acompanhar o movimento de rotação de Júpiter através da Grande Mancha Vermelha; Observação dos anéis de Saturno; Observação dos planetas Mercúrio e Marte (embora estes planetas apresentem despertem interesse quando vistos com um telescópio pequeno); Reconhecimento das cores das estrelas; Observação de estrelas duplas; Observação de vários enxames de estrelas (globulares e abertos);

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•

Observação de várias nebulosas e diversas galáxias.

5.1 Características básicas dos telescópios O aumento no telescópio é uma característica variável e depende de dois fatores: • •

Comprimento focal do telescópio; Comprimento focal da ocular.

Obs: O comprimento focal do telescópio é ajustado na construção do espelho ou lente e determinará as características fixas do telescópio.

Para calcular o aumento é só dividir o comprimento focal do telescópio pelo comprimento focal da ocular ex: Aumento (vezes) = Comprimento focal telescópio (em mm) / Comprimento focal da ocular (em mm) Abertura. Dado de grande importância na qualidade da imagem de um telescópio, determina o poder de resolução e a quantidade de luz que o instrumento será capaz de capturar e consequentemente a capacidade de observar detalhes sutis de objetos de pouca luminosidade (galáxias, nebulosas etc...).

A Abertura ou Claridade depende do comprimento focal telescópio e do diâmetro do espelho ou lente objetiva, ex: Abertuta = Comprimento focal telescópio (em mm) / diâmetro do espelho ou lente objetiva (em mm) Fazendo uma tabela das aberturas é possivel, de uma maneira simplificada, classificar os telescópios da seguinte forma:

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Abertura

Claridade

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Muito Claro

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Claro

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Calridade Média

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Pouco Claro

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Escuro

Comprimentos focais longos produzem maior aumento, mas, diminuem a claridade e estreitam o campo de visão. Também deixam os telescópios mais longos e difíceis de transportar.

Comprimento focais curtos produzem menor aumento, porém com maior luminosidade e maior largura do campo de visão e facilita o transporte. A escolha depende da aplicação e do tipo de observação.

5.2 Tipos de Telescópios Existem diversas configurações de telescópios e para se poder optar por um convém primeiro saber um pouco mais sobre estes. Assim, de acordo com o tipo de objetiva, os telescópios classificam-se em: • • •

Refratores; Refletores; Catadióptricos.

5.2.1 Telescópios refratores (ou lunetas telescópicas) Estes telescópios foram os primeiros a serem inventados, tendo como objetiva uma lente convergente. Deve-se o nome ao fato de a luz, ao atravessar a objetiva, sofrer um processo chamado de refração, ficando a imagem invertida quando a observamos na lente chamada de ocular.

Estes telescópios utilizam lente ou conjunto de lentes na função de elemento primário de captura da luz ou objetiva. São vulgarmente chamados de

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Lunetas, talvez pelo fato dos modelos mais comuns serem adequados principalmente para ver a Lua com uma boa qualidade de imagem.

O 'F' na imagem é o ponto focal do telescópio (ponto onde os raios de luz que incidem na ótica convergem).A distância da lente/espelho ao ponto focal é a distância focal do telescópio e determina as suas características.

5.2.2 Telescópios Refletores Uilizam um espelho primário côncavo para coletar a luz e formar a imagem.

No telescópio refletor Newtoniano, a luz é refletida para um pequeno espelho inclinado em 45º que desvia a luz para uma abertura lateral do tubo, onde fica a ocular. São os telescópios de melhor custo-benefício encontrados, portanto muito indicados para o nível introdutório.

5.2.3 Telescópios catadióptricos Telescópios Catadióptricos empregam ambos elementos: espelho e lente, resultando em uma configuração que proporciona telescópios pequenos e

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portáteis e com ótimo poder de ampliação. No entanto requer maior tecnologia para serem fabricados o que os tornam mais caros.

Os tipos mais comuns de catadióptricos são: • Cassegrain, onde a lente frontal é uma lente plana.

• Schmidt-Cassegrain, onde a lente frontal é uma lente complexa chamada de placa corretora, que tem a função de reduzir a aberração esférica do espelho principal.

• Maksutov-Cassegrain, onde a placa corretora é uma lente chamada de menisco-divergente. Veja abaixo detalhe das duas principais variações do catadióptrico

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5.3 Ótica A ótica de um telescópio é composta por duas partes básicas: • Objetiva: Lente ou espelho ou combinação de ambos, que ficam direcionados para o objeto da observação (daí seu nome).

• Ocular: Lente ou grupo de lentes que tem a função de levar a imagem da objetiva aos olhos.

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5.3.1 Oculares Oculares são lentes intercambiáveis que influenciam nas características óticas do telescópio como: • • •

Aumento; Qualidade da imagem; Largura do campo de visão.

Existe muitos tipos de oculares que vão desde a mais simples do tipo Ramsdem, com apenas dois elementos óticos, até as sofisticadas e caras Nagler com ótica de seis ou mais elementos. Cada tipo possui características peculiares quanto à largura do campo de visão, correção e eliminação de aberrações.

Uma típica ocular do tipo Plossl (figura abaixo), que é muito popular devido ao bom custo-desempenho que oferece.

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IMPORTANTE: As observações do Sol requerem procedimentos muito precisos; não faça uma observação do Sol sem saber como. Nunca se esqueça que, se observar diretamente o Sol (com telescópio ou até simplesmente com binóculos) poderá ficar definitivamente cego.

5.4 Motagem A montagem é uma parte importante do conjunto. Deve ser firme e estável e permitir movimentos suaves e facilidade de posicionamento em qualquer parte do céu, ou você passará as noites brigando com o telescópio ao invés de observar o céu.

Há dois tipos básicos de montagem: •

•

Altazimutal, mais simples e muito usada em construções caseiras de telescópios na versão conhecida como montagem Dobsoniana.

Atualmente é o padrão adotado dos modernos telescópios computadorizados, pela simplicidade e não necessidade de posicionamento prévio. Ela proporciona um movimento de rotação da base com eixo perpendicular ao solo, e o movimento basculante do tubo do telescópio.

Equatorial, mais complexa e requer posicionamento correto, sendo que um dos eixos de movimentação deve apontar exatamente para o polo celeste, (veja detalhe na foto abaixo). Após o correto posicionamento, atuando apenas em um dos controles você acompanha a trajetória do objeto no céu.

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Altazimutal

Equatorial

Nos dois tipos de montagem existem versões equipadas com motores, conhecido como 'Clock Drive', que compensam a rotação da terra e mantém o telescópio fixo na observação. No caso de astro-fotografias o 'Clock Drive' é um requisito obrigatório.

Com relação à montagem Dobsoniana vale ressaltar que ela vem sendo largamente utilizado na astronomia amadora mundial, devido às possibilidades de construções extremamente portáteis. Mesmo telescópios com espelhos de até 40 polegadas podem ser transpórtados em automóveis ou pequenas vans. Esses telescópios conhecidos como Super-Leves ou UltraLeves solucionaram o problema do transporte de grandes telescópios e é uma boa opção para aqueles mais familiarizados com montagens e que desejam um telescópio maior.

IMPORTANTE: Estrelas cadentes não são estrelas. Elas são corpos relativamente pequenos de matéria cósmica entrando na atmosfera da terra a velocidade alta e queimando pela fricção aerodinâmica.

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6. Sobre o INAPE

6. Sobre o INAPE O INAPE foi constituído em 6 de março de 1996, é uma entidade civil, organização não governamental - ONG, sem fins lucrativos que tem como atividades principais o estudo, pesquisa e divulgação nas áreas de astronomia e meio-ambiente. Presta serviços à comunidade, através de palestras, cursos e demonstrações públicas. A intenção do Instituto é incentivar a curiosidade científica e a conscientização ecológica.

Para maiores informações sobre o INAPE, acesse a nossa página na internet: www.inape.org.br Presente também nas Redes Sociais: Facebook Twitter Google+ Youtube

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